(57)【要約】【課題】アルカリ蓄電池の長寿命化を図ることができるセパレータ及びこのセパレータを用いたアルカリ蓄電池を提供する。【解決手段】アルカリ蓄電池に収容されている電極群２２に含まれ、正極２４及び負極２６の間に介在した状態でこれら正極２４及び負極２６とともに渦巻き状に巻回されているセパレータ２８において、セパレータ２８は、正極２４及び負極２６のうちの少なくとも一方と当接する中央部４８と、中央部４８を除いた一方端部４１及び他方端部４３とを備え、一方端部４１及び他方端部４３は、中央部４８よりも薄く、且つ、その空隙率が中央部４８の空隙率よりも低くなるように熱圧縮されており、一方端部４１及び他方端部４３の空隙率は、中央部４８の空隙率を１００％とした場合、７０％以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ蓄電池に収容されている電極群に含まれ、正極及び負極の間に介在した状態でこれら正極及び負極とともに渦巻き状に巻回されているセパレータにおいて、
前記セパレータは、
前記正極及び前記負極のうちの少なくとも一方と当接する中央部と、
前記中央部を除いた端部とを備え、
前記端部は、前記中央部よりも薄く、且つ、その空隙率が前記中央部の空隙率よりも低くなるように熱圧縮されており、
前記端部の空隙率は、前記中央部の空隙率を１００％とした場合、７０％以下であることを特徴とするセパレータ。
【請求項２】
有底円筒状の外装缶と、
前記外装缶内に収容され、負極及び正極がこれらの間にセパレータを介在させて渦巻き状に巻回されてなる電極群と、
前記外装缶内に注入されたアルカリ電解液と、
前記外装缶の上端開口を封口する封口体と
を備え、
前記セパレータが前記請求項１に記載のセパレータであることを特徴とするアルカリ蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ蓄電池用のセパレータ及びこのセパレータを用いたアルカリ蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ蓄電池の一つとして、円筒形のニッケル水素蓄電池が知られている。このニッケル水素蓄電池は、有底円筒形状の外装缶内に円柱状の電極群がアルカリ電解液とともに収容され、封口体により外装缶の上端開口が封口されることにより製造される。上記した電極群は、それぞれ帯状の正極、負極及びセパレータからなり、詳しくは、正極と負極との間にセパレータが挟み込まれた状態で渦巻き状に巻回されて形成される。上記したセパレータは、無数の空隙を含んだ絶縁材料からなり、一般的には、合成樹脂製の不織布が好適に用いられる。かかるセパレータは、正極及び負極の間に介在し、両者の短絡を防止するとともに、上記した空隙内にアルカリ電解液を保持し、充放電反応を円滑に進行させる。ここで、セパレータは、長方形状をなし、電極群の巻き方向に沿って延びる両端部と、これら両端部の間に位置付けられる中央部とを有している。通常、上記した正極及び負極は、セパレータの中央部と重ね合わされており、セパレータの両端部とは重なっていない。
【０００３】
電極郡を製造する場合、通常、セパレータは、熱カレンダーロールにより全体の厚さが所定厚さに調整された後、正極及び負極とともに巻取り機に導入され、渦巻き状に巻回されて電極郡に形成される。このとき、巻取り機においては、巻回に際し、外径が一定の加圧ロールにより、セパレータ、正極及び負極に加圧力が加えられる。このとき、セパレータは、正極及び負極よりも軟らかい材質であるため、正極及び負極と当接する中央部で強い圧縮の応力を受ける。このように、セパレータの中央部が、圧縮の応力を受けて押し潰されると、アルカリ電解液を保持する空隙が減ってしまい、セパレータの中央部において、電解液を保持する能力、つまり保液性が低下することがある。中央部の保液性が低下したセパレータを含むニッケル水素蓄電池においては、使用している間に、セパレータが保持している電解液が枯渇し、充放電反応が阻害されるとともに電池の内部抵抗が上昇して出力が低下する、いわゆるドライアウト現象が起こり電池の寿命が早期に尽きることがある。
【０００４】
上記したようなニッケル水素蓄電池は、各種のポータブル機器やハイブリッド電気自動車等、さまざまな用途に使用されるようになっていることから、かかるニッケル水素蓄電池に対しては、駆動電源として長寿命化を図るべくドライアウト現象の発生を抑制することが望まれている。
【０００５】
そこで、ドライアウト現象が起きることを抑制するために、セパレータの中央部における保液性を改善することが種々試みられている。例えば、特許文献１に示されるように、セパレータの長手方向に平行な中央部に凸部を形成することにより、セパレータの中央部を端部よりも厚くし、かかる中央部に含まれる電解液の量を多くする方法が提案されている。
【０００６】
この特許文献１の方法によれば、巻回作業の際、中央部に圧力がかからないような凹溝を有する加圧ローラが用いられる。この方法によれば、セパレータの中央部には、圧縮の応力はかからず、端部と中央部において厚さに差を設けることができ、中央部を凸状にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０７８９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１によるセパレータは中央部が凸状となっているので、得られる電極群においても、その外径が太くなっている。このため、かかる電極郡は、外装缶へ挿入し辛い。
また、通常、外装缶の内径は電極群の外径よりも僅かに小さいため、得られた電極群を外装缶内に挿入すると、電極群の外径は僅かに小さくなる。この場合、セパレータにおいては、両端部よりも中央部で強い圧縮の応力を受ける。このように、電極群においては、外装缶への挿入作業にともない、セパレータの中央部に圧縮の応力が加わるため、セパレータの中央部では、空隙が押しつぶされて小さくなり、巻回作業の際に中央部を凸状にした効果が少なくなってしまう。しかも、セパレータの端部においては、スプリングバックも生じるため、巻回作業の際に中央部と端部とで厚さに差を設けた効果も薄れる。
【０００９】
また、一部の電池においては、電極群及びアルカリ電解液が収容された外装缶の開口を封口体で封口して電池の組み立てが終了した後、かかる電池の外径を規定の寸法にするために、電池の径を絞る外径絞り加工を施すことが知られている。この外径絞り加工は、電池を金型に設けられた所定内径の孔に通して縮径する加工法である。この外径絞り加工に際し、セパレータの中央部は更に強い圧縮の応力を受ける。このため、セパレータの中央部に保持されているアルカリ電解液は端部側へ押し出され、セパレータ中におけるアルカリ電解液の分布が端部側へ偏り、中央部のアルカリ電解液の量は相対的に少なくなる。
【００１０】
以上のように、セパレータの端部にアルカリ電解液が偏り、充放電反応を起こす正極及び負極が存在しているセパレータの中央部に含まれるアルカリ電解液が少なくなると、ドライアウト現象が起きやすくなり、早期に電池の寿命が尽きてしまう。つまり、特許文献１の方法においても、電池の長寿命化には十分ではないと言える。
【００１１】
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、アルカリ蓄電池の長寿命化を図ることができるセパレータ及びこのセパレータを用いたアルカリ蓄電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明によれば、アルカリ蓄電池に収容されている電極群に含まれ、正極及び負極の間に介在した状態でこれら正極及び負極とともに渦巻き状に巻回されているセパレータにおいて、前記セパレータは、前記正極及び前記負極のうちの少なくとも一方と当接する中央部と、前記中央部を除いた端部とを備え、前記端部は、前記中央部よりも薄く、且つ、その空隙率が前記中央部の空隙率よりも低くなるように熱圧縮されており、前記端部の空隙率は、前記中央部の空隙率を１００％とした場合、７０％以下であることを特徴とするセパレータが提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、有底円筒状の外装缶と、前記外装缶内に収容され、負極及び正極がこれらの間にセパレータを介在させて渦巻き状に巻回されてなる電極群と、前記外装缶内に注入されたアルカリ電解液と、前記外装缶の上端開口を封口する封口体とを備え、前記セパレータが上記した本発明のセパレータであることを特徴とするアルカリ蓄電池が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るセパレータは、正極及び負極のうちの少なくとも一方と当接する中央部と、この中央部を除いた端部とを備え、この端部は、中央部よりも薄く、且つ、その空隙率が中央部の空隙率よりも低くなるように熱圧縮されており、端部の空隙率は、中央部の空隙率を１００％とした場合、７０％以下となっている。このように、セパレータにおいて、その端部が、電極群の製造の際や外装缶への電極群の挿入の際に圧縮の応力を受けやすい中央部よりも、薄く、且つ、空隙率が低く設定されており、しかも、その空隙率の差が大きいと、相対的に端部よりも中央部に電解液が多く存在することになる。正極及び負極と相対している中央部に電解液が多く存在すれば、ドライアウト現象の発生を抑制することができ、得られる電池の長寿命化を図ることができる。
また、外径絞り加工を行う場合でも、端部の空隙率が相対的に中央部の空隙率より低いので、アルカリ電解液が端部へ移動し難く、中央部の保液性を向上させることができる。
また、本発明に係るセパレータは、端部を強く熱圧縮しているので、スプリングバックが起き難くい。つまり、巻回作業の際に凹溝を有する加圧ローラを使用する必要がなく、外径が一定の加圧ローラにより全面を均等に加圧しながら巻回を行うことができる。このため、電極郡の腹部が太くなり過ぎることは抑制され、外装缶への挿入性は向上する。
また、本発明に係るセパレータは、端部の空隙率が低いため、正極及び負極の端部に生じたバリが貫通し辛く、短絡防止にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るニッケル水素蓄電池を部分的に破断して示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るセパレータを概略的に示した平面図である。
【図３】本発明のセパレータを製造するカレンダーロールの一態様を概略的に示した斜視図である。
【図４】本発明のセパレータを製造するカレンダーロールの別な態様を概略的に示した斜視図である。
【図５】本発明の別な実施形態に係るセパレータを概略的に示した平面図である。
【図６】本発明の更に別な実施形態に係るセパレータを概略的に示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明に係るセパレータを組み込んだアルカリ蓄電池について説明する。
【００１７】
本発明が適用されるアルカリ蓄電池としては特に限定されないが、例えば、図１に示すＡＡサイズの円筒形のニッケル水素蓄電池２（以下、単に電池２という）に本発明を適用した場合を例に説明する。
【００１８】
図１に示すように、電池２は、上端が開口した有底円筒形状をなす外装缶１０を備えている。外装缶１０は導電性を有し、その底壁３５は負極端子として機能する。外装缶１０の開口には、封口体１１が固定されている。この封口体１１は、蓋板１４及び正極端子２０を含み、外装缶１０を封口するとともに正極端子２０を提供する。蓋板１４は、導電性を有する円板形状の部材である。外装缶１０の開口内には、蓋板１４及びこの蓋板１４を囲むリング形状の絶縁パッキン１２が配置され、絶縁パッキン１２は外装缶１０の開口縁３７をかしめ加工することにより外装缶１０の開口縁３７に固定されている。即ち、蓋板１４及び絶縁パッキン１２は互いに協働して外装缶１０の開口を気密に閉塞している。
【００１９】
ここで、蓋板１４は中央に中央貫通孔１６を有し、そして、蓋板１４の外面上には中央貫通孔１６を塞ぐゴム製の弁体１８が配置されている。更に、蓋板１４の外面上には、弁体１８を覆うようにしてフランジ付き円筒形状をなす金属製の正極端子２０が電気的に接続されている。この正極端子２０は弁体１８を蓋板１４に向けて押圧している。なお、正極端子２０には、図示しないガス抜き孔が開口されている。
【００２０】
通常時、中央貫通孔１６は弁体１８によって気密に閉じられている。一方、外装缶１０内にガスが発生し、その内圧が高まれば、弁体１８は内圧によって圧縮され、中央貫通孔１６を開き、この結果、外装缶１０内から中央貫通孔１６及び正極端子２０のガス抜き孔を介して外部にガスが放出される。つまり、中央貫通孔１６、弁体１８及び正極端子２０は電池のための安全弁を形成している。
【００２１】
外装缶１０には、アルカリ電解液（図示せず）とともに電極群２２が収容されている。ここで、アルカリ電解液はセパレータ２８に含浸され、正極２４と負極２６との間での充放電反応を進行させる。このアルカリ電解液の種類としては、特に限定されないが、例えば、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、水酸化カリウム水溶液をあげることができる。これら水溶液は、それぞれ単独で用いることができるが、これらのうち２つ以上を混合した混合水溶液として用いることもできる。
【００２２】
また、図１から明らかなように、内部短絡防止のため、外装缶１０内には、電極群２２と蓋板１４との間に円形の上部絶縁部材３２が配置されており、電極群２２と外装缶１０の底壁３５との間にも円形の下部絶縁部材３４が配置されている。
【００２３】
電極群２２は、それぞれ帯状の正極２４、負極２６及びセパレータ２８からなり、これらは正極２４と負極２６との間にセパレータ２８が挟み込まれた状態で渦巻状に巻回されている。即ち、セパレータ２８を介して正極２４及び負極２６が互いに重ね合わされている。電極群２２の外周面は負極２６の一部により形成され、外装缶１０の内周壁と接触している。これにより、負極２６と外装缶１０とは互いに電気的に接続されている。
【００２４】
一方、正極２４には、正極リード３０が取り付けられており、この正極リードの先端が蓋板１４に接続されている。この蓋板１４には、上記したように正極端子が接続されているので、正極端子２０と正極２４とは、正極リード３０及び蓋板１４を介して互いに電気的に接続されている。ここで、図１から明らかなように、正極リード３０は上部絶縁部材３２に設けられたリード通し孔３９を通して延びている。
【００２５】
ここで、上記した正極２４及び負極２６としては、それぞれ、公知のニッケル水素蓄電池に用いられる正極及び負極が好適に用いられる。
【００２６】
セパレータ２８は、例えば、ポリアミド繊維製不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布等からなる。なお、これら不織布には親水性官能基を付与することが好ましい。
【００２７】
このセパレータ２８は、展開した状態を平面視して概略的に示した図２から明らかなように、全体として長方形状をなしている。そして、このセパレータ２８は、熱カレンダーロールによる熱圧縮加工が施され、厚さの調整がなされている。
【００２８】
ここで、セパレータ２８は、電極群の巻き方向を図２中において矢印Ａで示すと、電極群の巻き方向（矢印Ａ方向）に沿った方向、即ち長方形の長辺に沿った方向に延びる一方端縁４０（図２中上側）及び他方端縁４２（図２中下側）と、電極群の巻き方向に直交する方向、即ち長方形の短辺に沿った方向に延びる基端縁４４（図２中左側）及び先端縁４６（図２中右側）とを含んでいる。また、このセパレータ２８は、これら端縁よりも内側に位置付けられ、正極２４及び負極２６のうちの少なくとも一方と当接する中央部４８を備えている。
【００２９】
本実施形態においては、セパレータ２８は、全体的に熱圧縮されている。このとき、図２から明らかなように、一方端縁４０から中央部４８までの所定幅の範囲に相当する一方端部４１及び他方端縁４２から中央部４８までの所定幅の範囲に相当する他方端部４３は、これら一方端部４１及び他方端部４３に挟まれた中央部４８よりも高温で、且つ、高い圧縮力で熱圧縮されている。これにより、一方端部４１及び他方端部４３は、中央部４８よりも薄くなり、且つ、空隙率が中央部４８よりも低くなる。これら一方端部４１及び他方端部４３は、繊維が一部溶着し、スプリングバックしない程度まで強く熱圧縮されている。
【００３０】
ここで、中央部４８の空隙率を１００％とした場合、中央部４８を除いた端部、即ち、一方端部４１及び他方端部４３の空隙率は、７０％以下とする。中央部４８と、中央部４８を除いた端部との間で、空隙率にこの程度の差を設けると、アルカリ電解液が、相対的に中央部４８に多く存在するようになる。一方、端部の空隙率が低くなり過ぎると通気性を阻害するようになるので端部の空隙率は、中央部の空隙率を１００％とした場合、５０％以上とすることが好ましい。
【００３１】
次に、熱カレンダーロールによる熱圧縮について説明する。
図３に示すように、出発材料となる不織布５０を一対のロールＰ，Ｐの間に通し、所定の厚さとなるように圧縮する。上記したロールＰ，Ｐは、図３中円Ｘ内に示したような、段付きロール５２である。詳しくは、この段付きロール５２は、外径が一定の円柱状をなす腹部５４と、この腹部５４の両端に配設され、腹部５４の外径よりも大きい外径の円柱状をなす段部５６，５６とを備えている。なお、段部５６，５６は、扁平な円柱状をなし、その軸線方向の長さ５６ａは、セパレータ２８の一方端部４１及び他方端部４３の幅４１ａ，４３ａと同じ寸法に設定されている。そして、この段付きロール５２は、所定間隔をあけて２個対向配置されている。このとき、一方の段付きロール５２の腹部５４と、他方の段付きロール５２の腹部５４との間の寸法は、セパレータ２８の中央部４８の所望する厚さと同じ寸法に設定され、一方の段付きロール５２の段部５６と、他方の段付きロールの段部５６との間の寸法は、セパレータ２８の一方端部４１及び他方端部４３の所望する厚さと同じ寸法に設定されている。また、段付きロール５２においては、腹部５４の温度を第１の温度とし、段部５６の温度は、第１の温度よりも高い第２の温度に設定される。ここで、第１の温度は、セパレータ２８の中央部４８における所望の空隙率が得られる温度とし、第２の温度は、セパレータ２８の一方端部４０及び他方端部４２における所望の空隙率が得られる温度とする。
【００３２】
このような段付きロール５２，５２の間に出発材料の不織布５０を通すことにより、中央部４８が所望の厚さ、且つ、所望の空隙率となり、一方端部４１及び他方端部４３が中央部４８よりも薄く、且つ、中央部４８よりも低い空隙率となるセパレータ２８が得られる。
【００３３】
また、別な熱カレンダーロールについて説明する。
この別な熱カレンダーロールは、図４に示すように、２段階でロール圧延するタイプである。１段目のロールＱ，Ｑは、図４中円Ｙに示すように、外径が一定の円柱状をなす第１段ロール５８であり、その軸線方向に沿った長さ５８ａが、セパレータ２８の巻き方向に直交する方向に沿った幅４７（図２参照）と同じ長さに設定されている。この第１段ロール５８，５８は、所定間隔をあけて２個対向配置されている。このとき、一方の第１段ロール５８と、他方の第１段ロール５８との間の寸法は、セパレータ２８の中央部４８の所望する厚さと同じ寸法に設定されている。そして、これら第１段ロール５８，５８の温度は、上記した第１の温度に設定されている。
【００３４】
一方、２段目のロールＲ，Ｒは、図４中円Ｚに示すように、扁平な円柱状をなす一対の端部ロール６２，６２が心棒６４により連結されてなる第２段ロール６０である。端部ロール６２，６２は、その軸線方向に沿った長さ６２ａ，６２ａが、セパレータ２８の一方端部４１及び他方端部４３の幅４１ａ，４３ａと同じ寸法に設定されている。この第２段ロール６０は、所定間隔をあけて２個対向配置されている。このとき、一方の第２段ロール６０の端部ロール６２と、他方の第２段ロール６０の端部ロール６２との間の寸法は、セパレータ２８の一方端部４１及び他方端部４３の所望する厚さと同じ寸法に設定されている。そして、これら第２段ロール６０，６０の温度は、上記した第２の温度に設定されている。
【００３５】
この別な熱カレンダーロールにおいては、一対の第１段ロール５８，５８の間に出発材料の不織布５０を通すと、かかる不織布５０は、その厚さが、セパレータ２８の中央部４８の所望厚さに相当する厚さとなり、その空隙率が、セパレータ２８の中央部４８の所望空隙率に相当する空隙率となる。この不織布５０は、引き続き一対の第２段ロール６０，６０の間に通される。これにより、不織布５０の一方端部４１及び他方端部４３は、中央部４８よりも薄く、且つ、中央部４８よりも低い空隙率となり、所望のセパレータ２８が得られる。
【００３６】
以上のようにして得られたセパレータ２８は、電極群２２の組み立てに用いられる。つまり、上記した正極２４及び負極２６は、このセパレータ２８を介在させた状態で、渦巻き状に巻回され、電極群２２に形成される。詳しくは、セパレータ２８、正極２４及び負極２６が巻取り機に導入され巻回される。このとき、巻取り機においては、外径が一定の加圧ロールによりセパレータ２８、正極２４及び負極２６が加圧される。このとき、加圧ロールは、２５℃程度の室温に保持されている。
【００３７】
このようにして得られた電極群２２は、外装缶１０内に挿入される。そして、当該外装缶１０内にはアルカリ電解液が所定量注入される。その後、電極群２２及びアルカリ電解液を収容した外装缶１０は、正極端子２０、蓋板１４等を備えた封口体１１により封口される。そして、最後に外径絞り加工が施され、本発明に係る電池２が得られる。
【００３８】
本実施形態の電極群２２においては、巻回作業や外装缶への挿入作業にともない、セパレータ２８の中央部４８に圧縮の応力が加わるため、セパレータ２８の中央部４８では、空隙が押しつぶされて空隙率が低下する。しかし、本発明に係るセパレータ２８は、一方端部４１及び他方端部４３における空隙率が、中央部４８における低下した空隙率よりも更に低くい。このため、外装缶１０内に注入されたアルカリ電解液は、優先的に中央部４８に浸透していき、中央部４８で保持される量が相対的に多くなる。また、外径絞り加工を施して、セパレータ２８の中央部４８に更に強い応力が加えられても、一方端部４１及び他方端部４３の空隙率の方が中央部４８の空隙率より低いので、アルカリ電解液は、セパレータ２８の中央部４８に留まる。このため、電池２においては、ドライアウト現象が起こることを抑制することができ、長寿命化が図れる。
【００３９】
（第２の実施形態）
本発明が適用される第２の実施形態の電池について説明する。
第２の実施形態の電池は、セパレータの端部の形態が第１の実施形態の電池２と相違する。よって、既に説明した第１の実施形態と同一の機能を発揮する部材および部位には同一の参照符号を付して、これらの説明は省略し、相違する点のみを説明する。
【００４０】
図５は、第２の実施形態に係るセパレータ７０を示している。
このセパレータ７０は、基端縁４４から中央部４８までの所定幅の範囲に相当する基端部４５及び先端縁４６から中央部４８までの所定幅の範囲に相当する先端部４９が、これら基端部４５及び先端部４９に挟まれた中央部４８よりも高温で、且つ、高い圧縮力で熱圧縮されている。これにより、基端部４５及び先端部４９は、中央部４８よりも薄くなり、且つ、空隙率が中央部４８よりも低くなる。ここで、これら基端部４５及び先端部４９は、繊維が一部溶着し、スプリングバックしない程度まで強く熱圧縮されている。
【００４１】
ここで、中央部４８の空隙率を１００％とした場合、中央部４８を除いた端部、即ち、基端部４５及び先端部４９の空隙率は、７０％以下とする。一方、端部の空隙率が低くなり過ぎると通気性を阻害するようになるので基端部４５及び先端部４９の空隙率は、中央部の空隙率を１００％とした場合、５０％以上とすることが好ましい。
【００４２】
このセパレータ７０によれば、電極群２２を形成する際の巻回作業及び外装缶内への電極群の挿入作業を経ても、中央部４８の空隙率を基端部４５及び先端部４９の空隙率よりも高い状態、即ち、基端部４５及び先端部４９の空隙率を中央部４８の空隙率よりも低い状態に維持できるので、アルカリ電解液を注入した際、基端部４５及び先端部４９よりも中央部４８により多くアルカリ電解液を保持させることができる。
【００４３】
また、電池の外径絞り加工によりセパレータ７０の中央部４８に応力が加えられても、セパレータ７０中のアルカリ電解液が中央部４８から基端部４５及び先端部４９へ移動することは抑制され、中央部４８におけるアルカリ電解液の保持量は維持される。
【００４４】
この第２の実施形態のセパレータ７０に対し熱圧縮を行う場合、出発材料の不織布５０は、セパレータ７０の巻き方向（矢印Ａ方向）に直交する方向、即ち、図５の矢印Ｂで示す方向で熱カレンダーロールに挿入する。そして、熱カレンダーロールにおいては、第１の実施形態で用いたロールよりも幅広のロールを用いる。詳しくは、１段階で熱圧縮を行う際に用いられる段付きロール５２の場合、その腹部５４の軸線に沿った長さ５４ａを、第２の実施形態のセパレータ７０の中央部４８に適合できるように、かかる中央部４８における矢印Ａに沿った長さ４８ａと同じ長さに設定する。そして、段付きロール５２の段部５６，５６の軸線方向の長さ５６ａは、セパレータ７０の基端部４５及び先端部４９の幅４５ａ，４９ａと同じ寸法に設定されている。また、段付きロール５２の段部５６，５６は、セパレータ７０の基端部４５及び先端部４９に対応する位置に設けられている。
【００４５】
一方、２段階でロール圧延する場合、第１段ロール５８は、その軸線に沿った長さ５８ａが、セパレータ７０の全長７１と同じ寸法に設定される。そして、第２段ロール６０に含まれる一対の端部ロール６２，６２は、セパレータ７０の基端部４５及び先端部４９に対応する位置に設けられるべく、セパレータ７０の基端部４５及び先端部４９の間隔と同じ間隔となるように離間して配設されている。そして、端部ロール６２，６２の軸線方向に沿った長さ６２ａ，６２ａは、セパレータ７０の基端部４５及び先端部４９の幅４５ａ，４９ａと同じ寸法に設定されている。
【００４６】
（第３の実施形態）
本発明が適用される第３の実施形態の電池について説明する。
第３の実施形態の電池は、セパレータの端部の形態が第１の実施形態及び第２の実施形態と相違する。よって、既に説明した第１及び第２の実施形態と同一の機能を発揮する部材および部位には同一の参照符号を付して、これらの説明は省略し、相違する点のみを説明する。
【００４７】
図６は、第３の実施形態に係るセパレータ８０を示している。
このセパレータ８０は、一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９が、これら一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９に囲まれた中央部４８よりも高温で、且つ、高い圧縮力で熱圧縮されている。これにより、一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９は、中央部４８よりも薄くなり、且つ、空隙率が中央部４８よりも低くなる。ここで、これら一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９は、繊維が一部溶着し、スプリングバックしない程度まで強く熱圧縮されている。なお、これら一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９は、図６から明らかなように、それぞれ所定箇所でオーバーラップしている。
【００４８】
ここで、中央部４８の空隙率を１００％とした場合、中央部４８を除いた端部、即ち、一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９の空隙率は、７０％以下とする。一方、端部の空隙率が低くなり過ぎると通気性を阻害するようになるので一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９の空隙率は、中央部の空隙率を１００％とした場合、５０％以上とすることが好ましい。
【００４９】
このセパレータ８０によれば、電極群２２を形成する際の巻回作業及び外装缶１０内への電極群２２の挿入作業を経ても、中央部４８の空隙率を一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９の空隙率よりも高い状態に維持できるので、アルカリ電解液を注入した際、一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９よりも中央部４８により多くアルカリ電解液を保持させることができる。
【００５０】
また、電池の外径絞り加工によりセパレータ８０の中央部４８に応力が加えられても、セパレータ８０中のアルカリ電解液が中央部４８から一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９へ移動することは抑制され、中央部４８におけるアルカリ電解液の保持量は維持される。
【００５１】
この第３の実施形態のセパレータ８０に対し熱圧縮を行う場合、第１の実施形態で用いた熱カレンダーロールにより熱圧縮の作業を行い、引き続き、第２の実施形態で用いた熱カレンダーロールにより熱圧縮の作業を行うことにより、セパレータ８０の一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９を熱圧縮する。
【００５２】
この第３の実施形態のセパレータ８０は、中央部４８の四方を囲む一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９が、中央部４８よりも強く熱圧縮されており、一方端部４１、他方端部４３、基端部４５及び先端部４９は、中央部４８よりも薄くなり、且つ、空隙率が中央部４８よりも低くなる。第３の実施形態のセパレータ８０は、このように、中央部４８の四方が、この中央部４８よりも空隙率の低い端部で囲まれているので、上記した第１及び第２の実施形態のセパレータよりも中央部におけるアルカリ電解液の保液性は高い。
【００５３】
（実施例）
１．電池の製造
実施例１
（１）セパレータの作製
ポリプロピレン繊維製不織布から成り、厚さが３００μｍ、目付量が７２ｇ／ｍ2、空隙率が７４．７％であるセパレータ２８を準備した。このセパレータ２８を図４に示すような熱カレンダーロールを用いて２段階に熱圧縮を行って厚さを調整した。詳しくは、まず、温度が１５０℃に加熱された第１段ロール５８によりセパレータ２８の全体を熱圧縮した。これによりセパレータ２８の厚さは２００μｍ、空隙率は６２．１％となった。続いて、温度が２００℃に加熱された第２段ロール６０により、セパレータ２８の一方端部４１及び他方端部４３を熱圧縮し、これら一方端部４１及び他方端部４３の厚さを１２０μｍ、空隙率を３６．８％とした。これにより、中央部４８が厚さ２００μｍ、空隙率６２．１％であり、一方端部４１及び他方端部４３が厚さ１２０μｍ、空隙率３６．８％であるセパレータ２８を得た。
【００５４】
（２）電極群の作製
一般的なニッケル水素蓄電池に用いられる正極２４及び負極２６を準備した。そして、これら正極２４及び負極２６の間に、上記したようにして得られたセパレータ２８を挟んだ状態で渦巻状に巻回し、電極群２２を作製した。このとき、巻回作業に用いる巻取り機においては、外径が一定の加圧ロールにより、セパレータ２８、正極２４及び負極２６を加圧しながら巻回した。加圧ロールの温度は、２５℃とした。
【００５５】
（３）ニッケル水素蓄電池の組み立て
得られた電極群２２を有底円筒形状の外装缶１０内に収納するとともに、３０質量％の水酸化ナトリウム水溶液からなるアルカリ電解液を２．２ｇ注入した。そして、封口体１１で外装缶１０の開口を塞いだ。その後、外装缶１０の外径を絞る外径絞り加工を施し、ＡＡサイズの密閉型ニッケル水素蓄電池２を組み立てた。
ここで、外装缶１０の内径は、１０．０４ｍｍであり、電極群２２の外径は１０．３０ｍｍであった。そして、外径絞り加工後の電池２の外径は、１０．００ｍｍであった。
【００５６】
比較例１
１５０℃に加熱した第１段ロール５８によりセパレータの全体を熱圧縮して厚さを２００μｍとし、第２段ロール６０によるセパレータの一方端部４１及び他方端部４３の熱圧縮は行わなかったこと、及び、外装缶１０の外径絞り加工を施さなかったこと以外は、実施例１と同様なニッケル水素蓄電池を作製した。
【００５７】
比較例２
１５０℃に加熱した第１段ロール５８によりセパレータの全体を熱圧縮して厚さを２００μｍとし、第２段ロール６０によるセパレータの一方端部４１及び他方端部４３の熱圧縮は行わなかったこと、巻回作業の際にセパレータの中央部に相当する箇所に凹溝を有する加圧ロールを用いて２５℃で巻回を行ったこと、及び、外装缶１０の外径絞り加工を施さなかったこと以外は、実施例１と同様なニッケル水素蓄電池を作製した。つまり、一方端部４１及び他方端部４３については、巻回作業に際し、室温で加圧ロールにより圧縮した。
【００５８】
比較例３
１５０℃に加熱した第１段ロール５８によりセパレータの全体を熱圧縮して厚さを２００μｍとし、第２段ロール６０によるセパレータの一方端部４１及び他方端部４３の熱圧縮は行わなかったこと、及び、巻回作業の際にセパレータの中央部に相当する箇所に凹溝を有する加圧ロールを用いて２５℃で巻回を行ったこと以外は、実施例１と同様なニッケル水素蓄電池を作製した。つまり、比較例２の電池に外径絞り加工を施したニッケル水素蓄電池を作製した。
【００５９】
２．ニッケル水素蓄電池の評価
（１）セパレータの厚さ及び空隙率
セパレータの状態として、セパレータの中央部４８及び端部（一方端部４１及び他方端部４３）について、電極群を作製する前である巻回前の段階、電極群を作製した後である巻回後の段階及び充放電後の段階での厚さ及び空隙率を求めた。得られた結果を表１に示した。
【００６０】
ここで、巻回前の段階でのセパレータの厚さ及び空隙率は、熱圧縮終了後のセパレータについて求めた。巻回後の段階でのセパレータの厚さ及び空隙率は、完成した電極群を分解し、そこから取り出したセパレータについて求めた。充放電後の段階での厚さ及び空隙率は、完成した電池を充放電後に分解し、そこから取り出したセパレータについて求めた。
【００６１】
なお、熱圧縮終了後のセパレータ、完成した電極群及び完成した電池は、それぞれ測定用の試料として複数製造しており、それらを用いて各段階でのセパレータの厚さ及び空隙率を求めた。
【００６２】
【表１】
2014203649.tif 000003
【００６３】
（２）考察
実施例１のセパレータは、厚さ調整を行う熱カレンダーロールにおいて、中央部よりも端部を強く熱圧縮するため、端部と中央部において厚さ及び空隙率に差を設けることができ、この状態を外装缶挿入後まで維持することができた。
具体的には、実施例１のセパレータは、端部の厚さが中央部の厚さよりも薄く、充放電後の段階で、中央部の空隙率が５２．６％であり、端部の空隙率が３６．８％である。つまり、端部の空隙率は、中央部の空隙率より低く、中央部の空隙率を１００％とした場合の値が７０％以下である。このように、セパレータにおいて、端部の空隙率が中央部の空隙率よりも低く、その差が大きい場合、中央部が強い圧縮の応力を受けてもそこに含まれるアルカリ電解液は、端部側へ移動し難い。このため、相対的に端部よりも中央部にアルカリ電解液が多く存在する。その結果、正極及び負極と接する中央部にアルカリ電解液が多く保持され、ドライアウト現象の発生を抑制することができ、電池の長寿命化に寄与する。
【００６４】
比較例１では、厚さ調整を行う熱カレンダーロールにおいて、全体を均等な厚さとし、その後、巻回作業では、外径が一定の加圧ロールで加圧して巻回している。この場合、セパレータにおいては、中央部に端部よりも強い圧縮の応力がかかるため、端部の方が中央部より厚く、空隙率も高くなった。
具体的には、比較例１のセパレータは、充放電後の段階で、中央部の空隙率が５２．６％であり、端部の空隙率が５７．９％である。つまり、端部の空隙率は、中央部の空隙率よりも高い。このように、セパレータにおいて、端部の空隙率が中央部の空隙率よりも高い場合、アルカリ電解液は、中央部よりも端部側へ浸透し易い。このため、相対的に中央部よりも端部にアルカリ電解液が多く存在することになる。その結果、正極及び負極と接する中央部のアルカリ電解液が相対的に少なくなり、ドライアウト現象が発生し易く、電池の長寿命化を阻害する。
【００６５】
比較例２では、厚さ調整を行う熱カレンダーロールにおいて、全体を均等な厚さとし、その後、巻回作業では、凹溝を有する加圧ロールで加圧して巻回しているので、中央部に圧縮の応力がかからず、端部の方が中央部より薄く、空隙率も高くなった。
具体的には、比較例２のセパレータは、端部の厚さが中央部の厚さよりも薄く、充放電後の段階で、中央部の空隙率が６０．１％であり、端部の空隙率が５７．９％である。ここで、端部の空隙率は、中央部の空隙率より低くいが、中央部の空隙率を１００％とした場合の値が９６％程度である。つまり、比較例２のセパレータでは、端部の空隙率と中央部の空隙率との差は小さい。この場合、アルカリ電解液は、端部側へ容易に移動が可能である。このため、電池を繰り返し使用している間に、アルカリ電解液は、中央部から端部へ移動し、正極及び負極と接する中央部のアルカリ電解液が減る。その結果、ドライアウト現象が発生し易くなり、電池の長寿命化を阻害する。
【００６６】
比較例３の電池は、比較例２の電池に対して外径絞り加工を施している。このため、比較例３のセパレータは、充放電後の段階で、厚さが中央部、端部ともに１６０μｍであり、空隙率が中央部、端部ともに５２．６％である。つまり、比較例３のセパレータでは、端部と中央部との間で、巻回前に厚さに差を付けていても、外径絞り加工で同じ厚さまで圧縮される。そのため、端部と中央部との間で、厚さも空隙率も同じ値となっている。この場合、中央部が強い応力を受けると、そこに含まれるアルカリ電解液は、端部側へ容易に移動し、相対的に中央部よりも端部にアルカリ電解液が多く存在ことになる。その結果、正極及び負極と接する中央部のアルカリ電解液が減り、ドライアウト現象が発生し易くなり、電池の長寿命化を阻害する。
【００６７】
以上より、セパレータの端部の空隙率をセパレータの中央部の空隙率よりも小さくし、その差を大きくすることにより、セパレータ中に含まれるアルカリ電解液の中央部から端部への移動を抑制し、中央部にアルカリ電解液を相対的に多く存在させることができることがわかる。本発明によれば、このように、アルカリ電解液を、充放電反応を起こす正極及び負極が存在しているセパレータの中央部に保持することができるので、ドライアウト現象を抑制し長寿命のアルカリ蓄電池を得ることができる。
【符号の説明】
【００６８】
２                  ニッケル水素蓄電池
１０                外装缶
１１                封口体
１２                絶縁パッキン
１４                蓋板
２０                正極端子
２２                電極群
２４                正極
２６                負極
２８                セパレータ
４１                一方端部
４３                他方端部
４５                基端部
４８                中央部
４９                先端部
【図１】
2014203649.tif 000004
【図２】
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【図３】
2014203649.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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