JPH03506096A - 保守管理が軽減されたニッケル―カドミウム蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 保守管理が軽減されたニッケルーカドミウム蓄電池特に本発明は、例えば航空機 や、所定種類の装置用バックアップ電源において、短時間に高い電力を必要どす る用途のための保守管理が軽減されたニッケルーカドミウム蓄電池に係わる。

焼結された負極と正極とを備え、その〈間接的に〉つながる２つの電極間の間隙 が０．１５ｍｍ〜０．４ｍｍである所謂第１の「開放ｊ型のニッケルーカドミウ ム蓄電池は上記用途において公知である。上記間隙は、（被〉グラフト（化）ポ リエチレンまたは微孔質ポリプロピレンてできたセロファン膜を伴なうフェルト からなるセパレーターで充填されている。

その電極集成体く両電極、セパレーター）は、所定量の非束縛（逃散可能な）電 解液を含むプラスチック材料のケース内に入れられている。動作圧力は０．２〜 ０．７バール相対圧であり、この圧力はバルブによって規定される。航空機に使 用される際には各蓄電池は、２５°Ｃで１５秒開光電すると４００１１１／ｋｇ 〜７００１ＩＩ／ｋｇの出力密度（ｐｏｗｅｒ　ｄｅｎｓｉｔｙ）を与える。

最も注目すべきことは、このような蓄電池は、一定電圧及び制限された電流で充 電すると、過充電された瞬間にその電圧が極めて突然に増大するという動作特性 を示すことである。この電圧１大によって、蓄電池の充電は自己制限的となり得 る。この動作特性は、−２０℃〜＋６０°Ｃの範囲であれば温度とは無関係に一 定電圧での充電において生じる。

更に上記蓄電池は、使用条件に従って動作時間が５０００〜５０．０００時間と なり得るその寿命を通してずっと極めて信頼性がある。しかしながら、この蓄電 池は、それにががる過充電に比例する量の水分を消費するという欠点がある。こ の水分の消費は、蒸留水を定期的に加えることによって補償せねばならず、この 作業によって蓄電池は運転停止となるし、人の介入をも必要とする。水分消費は 過充電３Ａｈ当たり約１　ａ１Ｍ３である。

更に、焼結正極と、活物質がポリマーによって固められている負極とを有する所 謂第２の「開放」型の蓄電池も公知である。負極は特に仏国特許出願公開第２５ ８６４０７号に記載されている。間接的につながる（連続する）２つの電極間の 間隙は０．４ｍｍより大きく、用途及び所望の出力密度に応じて１．５＋ａｍ程 度とすることができる。出力密度は５０１１／ｋｙ〜Ｚｏｏｍ／に９の範囲とす ることができる。セパレーターは、第１のタイプの電池のように膜を伴なうフェ ルトによって、または、特に電極間の間隙が０．８１〜１．５１の範囲であれば プラスチック材料のスペーサによって精成することができる。この蓄電池は加圧 下には動作せず、充電の観点からは極めて広い範囲にわたる温度で自己制限的で あるという第１のタイプの電池と同じ長所を、一方水分の消費の観点からは同じ 欠点を有している。更にこの電池は、航空機用途に必要とされる出力特性を満足 しない。

更に、その寿命の閲ずっと水分の消費が実質的にゼロである密閉型ニッケルーカ ドミウム蓄電池も公知である。このような電池は焼結正極とポリマーによって固 められた負極とを備えており、両電極は０．１〜０　、２＋ｎの距離だけ離れて いる。セパレーターは、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンまたはこれ らの物質の混合物のフェルトである６その集成体は、バルブを備えた金属容器内 に導入される。

動作圧力は一般に３〜４バール相対圧である。

密閉型ニッケルーカドミウム蓄電池は前述のような水分を消費するという欠点は ないが、充電を自己制限し得るという極めて有利な充電特性を持ってはいない。

前述したような用途にこれら密閉型蓄電池を使用するには、圧力が超過しないこ と及び電解液が失われていないことを検証するために充電のモニタリングが不可 欠である高性能の充電システムが必要である。というのは　電解液の損失は電池 の急速な不良につながるからである。

本発明の目的は、第１のタイプのニッケルーカドミウム電池の長所を保持してお り、しかもより少ない頻度でしか水を加える必要のないニッケルーカドミウム蓄 電池を提供することである。

本発明は、１組の正極と、活物質がポリマーによって固められているかまたは電 着されている１組の負極とを含む保守管理が軽減されたニッケルーカドミウム蓄 電池であって、 ポリアミド、ポリプロピレンまたはポリエチレンから選択された単独材料または 混合材料でできた少なくとも１つのフェルトで構成され且つ追加の膜のないセパ レーターを含んでおり、 電極間の距離が０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲であり、内部圧力がＯバール−０ ，７バール相対圧に維持されており、該電池が前記電極上で束縛されていない電 解液を含んでおり、 それらによって、温度−３０℃〜＋６０℃において一定電圧、制限された電流ま たは一定電流で充電した場合には、電圧の急増の生起により充電の終わりを検出 可能にする充電特性を示すことを特徴とする蓄電池を提供する。

カドミウム及び酸化カドミウムと結合剤との混合物によって実質的に構成される 電極の活物質は、５％未満、好ましくは０％の金属ニッケルを含有するのが有利 である。

電極間の距離は０．２１〜０．３１であるのが好ましい。

好ましい実施態様においてはセパレーターは、直径４１１１〜２Ｊ＋ｍのポリア ミド及びポリプロピレンのファイバーでできたフェルトを含んでおり、そのフェ ルトの重量は約７０６７ＩＩ２〜１５０１？／ＩＩ２、好ましくは９０ｇ／律２ 〜１２０９／ＩＩ＋２である。

かかる蓄電池における水分の消費は、電池の形状と充電条件とに従って２分の１ から２０分の１となる。

本発明の他の特性及び長所は、非限定的な例を用いた以下の実施態様の説明から 明らかとなるであろう。

添付の図は、 第１図は、同じ一定電圧で充電したときの従来の電池と本発明の電池とにおける 時間ｔの関数としての電圧■の曲線を示すグラフであり、 第２図は、過充電の際の第１図の電池の水分消費量を示すグラフであり、 第３図は、同じ一定電圧で充電したときの従来の電池と本発明の別の電池とにお ける時間ｔの関数としての電圧■の曲線を示すグラフであり、 第４図は、過充電の際の第３図の電池の水分消費量を示すグラフである。

３つの従来の蓄電池Ａ、Ｂ及びＣを本発明の蓄電池り。

と比較した。

従来の電池Ａは、焼結正極及び焼結負極を有する航空機用の開放型ニッケルーカ ドミウム電池である。連続する２つの電極間の間隙は０２５１であり、セパレー ターは、グラフトポリエチレン膜を伴なうフェルトで形成されており、動作圧力 は０．４バール相対圧であった。

第１図には・、２０℃において０．１Ｃｎ（公称容量）の一定充電電流で充電し たときの電池Ａにおける、時間ｔ（時間）の関数としての電圧Ｖ（ボルト）が曲 線Ａで示されている。９時間充電した後に電池の電圧が急増していることに留意 されたい。

第２区の曲線Ｅは、Ｃｎのフラクションとして表される過充電電流ｉの関数とし て、電池Ａにおける理論的消費量の％で表した水分消費量Ｃを示す。

従来の蓄電池Ｂは、航空機以外の工業用途の開放型ニッケルーカドミウム電池で あって、焼結正極とポリマーによって固められた負極とを含んでいた。２つの電 極間の間隙は０．５０ｍｍ＋であり、セパレーターは、電池Ａと同様に膜を伴な うフェルトによって構成されていた。

第１図の曲！！Ｂは、電池Ｂを電池Ａと同じ条件下に充電したときの時間の関数 としての電池Ｂにおける電圧■の変化を示している。ここでも、一定電圧で９時 間充電した後に電池Ｂの電圧が急増したことが判る。電池Ｂは、第２図の曲線Ｅ で示されるように、過充電の際には電池Ａと同様に水分を消費した。

従来の蓄電池Ｃは密閉型ニッケルーカドミウム電池であって、正極は焼結されて おり、負極はポリマーで固められていた。２つの電極間の間隙は０．２０ｍｆｉ であり、ポリプロピレンフェルトで充填されていた。電解液は所定域に制限され ており、動作圧力は４バール相対圧であった。

第１図の曲線Ｃは、電池Ｃを電池Ａ及びＢと同じ条件下に充電したときの電池Ｃ における電圧の曲線である。電池Ａ及びＢとは異なり、充電の終わりに電圧の急 増がないことは明らかである。しかしながら、水分消費は実質的に無い。

本発明の蓄電池Ｄ１は、電池Ｂのものと同じタイプの正極及び負極を備えていた 。しかしながら、カドミウム及び酸化カドミウムと結合剤どの混合物によって実 質的に構成されている負極は金属ニッケルを含有していない。ｔ８ｉ闇の距離は ０．３ｍｍであり、セパレーターは、直径４１Ｉｍ〜２０Ｈを有するポリアミド 及びポリプロピレンでできたフェルトのみで構成されていた。セパレーターの重 量は約１２０ｇ／ｍ”であり、電解液は電極上で束縛されておらず、動作圧力は ０．４バール相対圧であった。

電池Ａ及びＢと同様に第１図の曲線Ｄ１は、電池り、を前記と同じ条件下に充電 した場合に、９時間充電した後に電圧が急増したことを示している。しかしなが ら、その水分消費量は第２図の曲線Ｆ１で示されているように２前述の２つの電 池よりも著しく少ない。

曲線り、は、充電が自己制限的となり得ることを示しているので、過充Ｔ！：、 電流１く第２図参照）は小さくなり得、水分消費量は１０分の１にまで少なくな り得る。

この長所に加えて電池Ｄ１は、−３０°Ｃ〜＋６０℃の範囲の温度において一定 電圧で２４時間はどの間、熱の放散の危険性もなく充電し得る可能性を有する。

電池Ｄ１は同じ形状を有する従来の開放型蓄電池と同一の放電特性を有し、しか も同じ寿命を有する。

第３図は、第１図に示（７たものと同様の従来の曲線Ａ、Ｂ及びＣと、本発明の 別の蓄電池に係わる曲！！Ｄ２どを示している。

この蓄電池Ｄ２は、電池Ｂのものと同（５特性の正極及び負極を備えていた。し か）５なから、実質的にカドミウム及び酸化カドミウムと結合剤との混合物によ って構成されている負極の活物質は金属ニッケルを含有していない。電極間距離 は０　、３ｍｍであり、セパレータ・−は、大部分が直径５１Ｊｆｆを有するポ リアミドまたはポリプロピレンのファイバーでできたフェルトのみによって構成 されていた。このセパレーターの重量は約１００ｇ／ｍ’であり、電解液は束縛 されておらず、動作圧力は０．４バール相対圧であった。

電池Ａ及びＢと同様に第３図の曲線Ｄ２から、蓄電池Ｄ２を前記と同じ条件下に 充電すると９時間充電した後に電圧が急増し、次いで次第に降下したことが判る 。しかしながら、水分消費量は第４図の曲線Ｆ２によって示されているように、 前述の２つの蓄電池よりも著しく少ない。これは、例えば航空機のバッテリーに 電解液量を再調整する必要のない３〜５年間の寿命を賦与することになる。

曲線Ｄ２から、電池の電圧の上昇を測定することにより充電の終わりが容易に検 出されることが判る。

この長所に加えて電池Ｄ２は一３０℃〜＋６０℃の範囲の温度で充電し得る可能 性を有する。

電池Ｄ２は同じ形状を有する従来の開放型蓄電池と同一の放電特性を有し、しか も同じ寿命を有する。

別の実施態様においては、電極間の距離は０．５ｍｍであり、セパレーターフェ ルトの重量は１５０ｇ／Ｔ６’である。こうして得られる蓄電池の充電特性は電 池Ｄ２のそれに類似である。

更に本発明の電池の正極は、ファイバーもしくはフオームで支持された電極また は他のポケット電極とすることができる。

容ｊｉＬ５＾ｈ〜１０００Ａｈを有する本発明の蓄電池のバッテリーは、高い電 力を必要とする起動のため及び短時間にピーク電流を必要とする装置のバックア ップのために適しており、電話交換機等のための非常発電機を起動するのに使用 することもできる。

国際調査報告 一一一一齢曽一−−ＰＣＴ／Ｆｉ＋　９０１００３４１国際調査報告 ＦＲ９０００３４１ ＳＡ　　３７２６２

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．１組の正極と、活物質がポリマーによって固められているかまたは電着され ている１組の負極とを含む保守管理が軽減されたニーケルーカドミウム蓄電池で あって、ポリアミド、ポリプロピレンまたはポリエチレンから選択された単独材 料または混合材料でできた少なくとも１つのフェルトで構成され且つ追加の膜の ないセパレーターを含んでおり、 電極間の距離が０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲であり、内部圧力が０バール〜０ ．７バール相対圧に維持されており、該電池が前記電極上で束縛されていない電 解液を含んでおり、 それらによって、温度−３０℃〜＋６０℃において一定電圧、制限された電流ま たは一定電流で充電した場合には、電圧の急増の生起により充電の終わりを検出 可能にする充電特性を示すことを特徴とする蓄電池。
2. ２．前記電極間の距離が０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であることを特徴とする 請求項１に記載のニッケルーカドミウム電池。
3. ３．前記セパレーターが、直径４μｍ〜２０μｍのポリアミド及びポリプロピレ ンのファイバーを含有しており、該セパレーターの重量が７０ｇ／ｍ２〜１５０ ｇ／ｍ２の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のニッケルーカ ドミウム電池。
4. ４．前記負極の活物質が、５％未満の金属ニッケルを含有していることを特徴と する請求項１から３のいずれか一項に記載のニッケルーカドミウム電池。
5. ５．前記負極の活物質が金属ニッケルを含有していないことを特徴とする請求項 ４に記載のニッケルーカドミウム電池。
6. ６．１組の正極と、活物質がポリマーによって固められている１組の負極とを含 む保守管理が軽減されたニッケルーカドミウム電池であって、 ポリプロピレン及びポリアミドのファイバーの少なくとも１つのフェルトで構成 され且つ追加の膜のないセパレーターであって、前記フェルトの重量が約１２０ ｇ／ｍ２であり且つ前記ファイバーの直径が４μｍ〜２０μｍの範囲であるセパ レーターを含んでおり、 電極間の距離が０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であり、内部圧力が０バール〜０ ．７バール相対圧に維持されており、該電池が前記電極上で束縛されていない電 解液を含んでおり、 それらによって、温度−３０℃〜＋６０℃において一定電圧で充電した場合には 該充電が自己制限的となり得る充電特性を示すことを特徴とする電池。
7. ７．１組の正極と、活物質がポリマーによって固められているかまたは電着され ている１組の負極とを含む保守管理が軽減されたニッケルーカドミウム蓄電池で あって、ポリアミド、ポリプロピレンまたはポリエチレンから選択された単独材 料または混合材料でできた少なくとも１つのフェルトで構成され且つ追加の膜の ないセパレーターを含んでおり、 電極間の距離が０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であり、前記フェルトは重量が９ ０ｇ／ｍ２〜１２０ｇ／ｍ２の範囲にあり、且つ大部分の直径が５μｍであるフ ァイバーでできており、内部圧力が０バール〜０．７アバール相対圧に維持され ており、該電池が前記電極上で束縛されていない電解液を含んでおり、 それらによって、温度−３０℃〜＋６０℃において充電した場合には、電圧の上 昇を測定することにより充電の終わりを検出可能にする充電特性を示すことを特 徴とする蓄電池。