(57)【要約】【課題】正極の酸化力がとくに強いアルカリ電池において、セパレータが膨潤することなく、すぐれた電解液の保液性を備えるとともに、十分な耐酸化性も備えることにより、電池の放電性能と保存性能を共に向上させることを可能にしたアルカリ電池用セパレータおよびアルカリ電池を提供できる。【解決手段】セパレータ２２を形成する不織布に、毛細管現象が生じる断面形状を持たせられたポリオレフィン系繊維２２１を含ませる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織布を用いて形成されたアルカリ電池用セパレータにおいて、その不織布は、毛細管現象が生じる断面形状を持たせられた非膨潤性繊維を含むことを特徴とするアルカリ電池用セパレータ。
【請求項２】
請求項１において、上記不織布は、毛細管現象が生じる断面形状を持たせられたポリオレフィン系繊維を含むことを特徴とするアルカリ電池用セパレータ。
【請求項３】
請求項１または２において、上記不織布は、毛細管現象が生じる断面形状を持たせられたポリプロピレン繊維を含むことを特徴とするアルカリ電池用セパレータ。
【請求項４】
正極に少なくとも二酸化マンガンおよび／またはオキシ水酸化ニッケルを用いるとともに、この正極と負極の間に、アルカリ電解液を含浸したセパレータを介在させたアルカリ電池において、上記セパレータに請求項１〜３のいずれかに記載のアルカリ電池用セパレータを用いたことを特徴とするアルカリ電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ電池用セパレータおよびアルカリ電池に関し、とくに、セパレータ不織布にポリオレフィン系繊維を用いたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ電池は、二酸化マンガンやオキシ水酸化ニッケル等の正極活物質を用いた正極とゲル状亜鉛等を用いた負極との間に、アルカリ電解液を含浸したセパレータを介在させて構成される。この場合、正極の二酸化マンガンやオキシ水酸化ニッケル等が強い酸化力を有するため、セパレータはその強い酸化力の下でも長期にわたって劣化しない、安定な耐酸化性が要求される。
【０００３】
セパレータは、繊維をシート状（またはフィルム状）に集合させた不織布を用いて形成される。アルカリ電池のセパレータには、その不織布の素材をなす繊維として、耐酸化性の合成繊維であるポリオレフィン系繊維あるいはビニロン、セルロース系繊維が用いられている。また、正極に水酸化ニッケルを用いたニッケル水素電池では、その正極の非常に強い酸化力に対応するため、ポリオレフィン系繊維が用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポリオレフィン系繊維は疎水性で、繊維自体には保液性がない。これらの繊維を用いたセパレータでは、繊維と繊維の間の毛細管現象によってアルカリ電解液が保液される。つまり、電解液は繊維間に保持されるだけである。しかし、繊維間に保液させられる電解液だけでは、放電性能を十分に確保できない。
【０００５】
そこで、従来は、ポリオレフィン系繊維に粗面化や親水化などの表面処理を行うことで保液性を向上させていた（たとえば特許文献１）。しかし、その表面処理だけでは、アルカリ電池のセパレータとして十分な保液性を得ることができなかった。
【０００６】
一方、ビニロン−レーヨン系の繊維は、繊維の材質自体に保液性（含水性）があるため、保液性の高いセパレータを構成することができる。しかし、この場合は、繊維の材質自体が保液によって膨潤するため、セパレータが膨らんで、負極活物質の充填作業性が低下してしまうといった問題が生じる。
【０００７】
また、ビニロン−レーヨン系の繊維は、オキシ水酸化ニッケルのような非常に酸化力の強い正極活物質を用いるアルカリ電池において、酸化による劣化が生じやすく、これだけを用いたのでは電池の保存性能に問題が生じる。
【０００８】
本発明は以上のような問題を鑑みてなされたもので、正極の酸化力がとくに強いアルカリ電池において、セパレータが膨潤することなく、すぐれた電解液の保液性を備えるとともに、十分な耐酸化性を備えることにより、電池の放電性能と保存性能を共に向上させることを可能にしたアルカリ電池用セパレータおよびアルカリ電池を提供することにある。
【０００９】
本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【特許文献１】特開２００４−１６４８７７
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の手段は次の通りである。
【００１１】
（１）不織布を用いて形成されたアルカリ電池用セパレータにおいて、その不織布は、毛細管現象が生じる断面形状を持たせられた非膨潤性繊維を含むことを特徴とするアルカリ電池用セパレータ。
【００１２】
（２）上記手段（１）において、上記不織布は、毛細管現象が生じる断面形状を持たせられたポリオレフィン系繊維を含むことを特徴とするアルカリ電池用セパレータ。
【００１３】
（３）上記手段（１）または（２）おいて、上記不織布は、毛細管現象が生じる断面形状を持たせられたポリプロピレン繊維を含むことを特徴とするアルカリ電池用セパレータ。
【００１４】
（４）正極に少なくとも二酸化マンガンおよび／またはオキシ水酸化ニッケルを用いるとともに、この正極と負極の間に、アルカリ電解液を含浸したセパレータを介在させたアルカリ電池において、上記セパレータに上記手段（１）〜（３）のいずれかに記載のアルカリ電池用セパレータを用いたことを特徴とするアルカリ電池。
【発明の効果】
【００１５】
正極の酸化力がとくに強いアルカリ電池において、セパレータが膨潤することなく、すぐれた電解液の保液性を備えるとともに、十分な耐酸化性も備えることにより、電池の放電性能と保存性能を共に向上させることを可能にしたアルカリ電池用セパレータおよびアルカリ電池を提供できる。
【００１６】
上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明に係るアルカリ電池の概略断面および一部拡大断面を示す。同図に示す。同図に示すアルカリ電池１０はＬＲ形のアルカリ乾電池として構成され、正極合剤２１、セパレータ２２、負極合剤２３からなるアルカリ発電要素２０が、有底円筒状の金属製正極缶１５に収容されるとともに、その正極缶１５の開口部が樹脂製ガスケット３０を用いて気密封口されている。
【００１８】
正極缶１５は電池ケースを兼ねるとともに、正極合剤２１に直接接触することにより、正極集電体と正極端子を兼ねる。負極合剤２３中には棒状の金属製負極集電子２５が挿入されている。この負極集電子２５は、皿状の金属製負極端子板４０の内側面中央に溶接により立設固定されている。
【００１９】
発電要素２０は、管状に成形された正極合剤２１の内側に、アルカリ電解液が含浸された筒状セパレータ２２が配置され、このセパレータ２２の内側にゲル状の負極合剤２３が充填されている。この発電要素２０の形成は、正極合剤２１の装填工程、セパレータ２２の装填工程、アルカリ電解液の注入工程、ゲル状負極合剤２３の充填工程の順で行われる。
【００２０】
正極合剤２１は、二酸化マンガン、二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルの混合材、またはオキシ水酸化ニッケルを正極活物質として使用し、これに黒鉛などの導電助剤を添加したものを、所定の固体形状（管状または環状）に加圧成型したものである。
【００２１】
セパレータ２２にはアルカリ電解液が含浸されている。このセパレータ２２は、ポリオレフィン系繊維をシート状（またはフィルム状）に集合・加工した不織布を用いて形成されている。
【００２２】
ポリオレフィン系繊維は耐酸化性にすぐれていて、正極の強い酸化力の下でも酸化による劣化が生じにくい利点がある。ただし、前述したように、疎水性であるため、これらの不織布を用いたセパレータは電解液の保液性が低いという不利があった。
【００２３】
しかし、この発明に係るアルカリ電池１０では、図１中にその顕微鏡拡大断面を示すように、セパレータ２２を形成する不織布が、毛細管現象が生じる断面形状を持たせられた繊維２２１を用いて構成されている。
【００２４】
図示例の繊維２２１は略渦巻き状の断面形状を有するが、このような特殊断面の繊維２２１を用いて作製されたセパレータ２２では、繊維２２１と繊維２２１の間に生じる毛細管現象に加えて、繊維２２１の断面方向に生じる毛細管現象とにより、繊維２２１の材質自体は疎水性であっても、電解液の保液性が大幅に向上することが判明した。
【００２５】
さらに注目すべきことは、繊維２２１に電解液を多く保液させても、繊維２２１そのものは膨潤しないことである。つまり、繊維２２１を膨潤させることなく、その繊維２２１の実効的な保液量を大幅に増すことができる。この保液性の向上効果は、繊維に粗面化や親水化などの表面処理を行わなくても得られることが確認された。
【００２６】
これにより、正極の酸化力がとくに強いアルカリ電池１０において、セパレータ２２が膨潤することなく、すぐれた電解液の保液性を備えるとともに、十分な耐酸化性も備えることができる。したがって、電池の放電性能と保存性能を共に向上させることが可能になる。また、セパレータ２２が膨潤しないので、負極合剤２３の充填作業性が損なわれることもない。
【００２７】
上記効果は、毛細管現象が生じる特殊断面形状の繊維２２１を一部含むだけでも得られる。つまり、特殊断面形状の繊維を１０〜２０％程度混ぜ込むだけでも、セパレータ２２の保液性能を実用上十分なレベルにまで高めることができる。
【００２８】
図２は、本発明での使用に適した繊維２２１と従来使用されていた繊維２２２の顕微鏡拡大断面を示す。同図において、（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明での使用に適した繊維２２１の断面形状を示すが、これらの繊維２２１は、繊維の断面方向と長手方向に毛細管現象が生じる特殊断面形状を有することにより、膨潤することなく、セパレータ２２の保液性を高めることができる。一方、（ｃ）は、従来のセパレータに使用されていたポリオレフィン系繊維２２２の断面形状を示すが、この繊維２２２を用いたセパレータは、保液性が不十分なため、電池性能（とくに放電性能）を十分に確保できない。
【実施例】
【００２９】
表１に示すように、毛細管現象が生じる特殊断面形状のＰＰ（ポリプロピレン）繊維、その特殊断面を有しない単純断面の抄紙用ＰＰ繊維、ビニロン繊維、セルロースまたはレーヨン繊維、ＰＶＡ繊維を用意し、配合繊維の種類と割合が異なる複数種類（Ａ〜Ｆ）のセパレータ用不織布を作製した。そして、各不織布から５０ｍｍ×５０ｍｍの試験用セパレータ・サンプル（Ａ〜Ｆ）をそれぞれ作製した。
【００３０】
2007141672.tif 000003
【００３１】
サンプル（Ａ〜Ｆ）ごとに、厚さ（μｍ）、坪量（ｇ・ｍ-2）、保液率（％）を測定した。この場合、厚さは、シックネスゲージを用いて、１枚につき５個所の厚さを測定してその平均値を求めた。坪量は、ＪＩＳ  Ｐ  ８１２４を採用した。保液率は、（保液状態での重量／乾燥状態での重量）×１００（％）であって、保液状態での重量は、４０％ＫＯＨ水溶液中に３分間浸漬し、その後ガラス壁面に３０秒間貼りつけた後の重量である。各サンプル（Ａ〜Ｆ）の厚さ（μｍ）、坪量（ｇ・ｍ-2）、保液率（％）は、表２に示すとおりである。
【００３２】
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【００３３】
表１，２から明らかなように、毛細管現象が生じる特殊断面形状のＰＰ繊維を使うことにより、セパレータの保液率が大幅に伸びることが確認された。また、セルロース系セパレータは電解液を吸収した際に膨潤するが、特殊断面形状のＰＰ繊維は膨潤することがなかった。
【００３４】
サンプルＡ，Ｃのセパレータを用いてニッケル系単３乾電池を作製し、初度と６０℃２０日後の放電性能をそれぞれ測定した。この際、比較のために、ビニロン−セルロース系繊維のセパレータを用いた同種の電池を作製して同様の放電性能を測定した。この測定結果（相対評価値）を表３に示す。
【００３５】
2007141672.tif 000005
【００３６】
表３からあきらかなように、特殊断面形状のＰＰ繊維を含むセパレータでは、初度の電池性能が１０〜２０％向上するとともに、高温貯蔵後も電池特性が劣化しにくいことが確認された。
【００３７】
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、上記実施例では、特殊断面形状の繊維がＰＰ繊維であったが、この特殊断面形状の繊維がポリオレフィン系繊維であっても同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
正極の酸化力がとくに強いアルカリ電池において、セパレータが膨潤することなく、すぐれた電解液の保液性を備えるとともに、十分な耐酸化性も備えることにより、電池の放電性能と保存性能を共に向上させることを可能にしたアルカリ電池用セパレータおよびアルカリ電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るアルカリ電池の概略断面とセパレータに用いた繊維の拡大断面を示す図である。
【図２】本発明に係るセパレータで用いる繊維と従来のセパレータで用いられていた繊維の拡大断面を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  アルカリ電池（乾電池）
１５  正極缶（電池ケース）
２０  アルカリ発電要素
２１  正極合剤
２２  セパレータ
２２１  繊維（本発明）
２２２  繊維（従来）
２３  負極合剤
２５  負極集電子
３０  封口ガスケット
４０  負極端子板
【図１】
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【図２】
2007141672.tif 000007