JPH05343098A - 密閉型アルカリ蓄電池 - Google Patents
密閉型アルカリ蓄電池Info
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- JPH05343098A JPH05343098A JP4143977A JP14397792A JPH05343098A JP H05343098 A JPH05343098 A JP H05343098A JP 4143977 A JP4143977 A JP 4143977A JP 14397792 A JP14397792 A JP 14397792A JP H05343098 A JPH05343098 A JP H05343098A
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- JP
- Japan
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- positive electrode
- zinc
- battery
- negative electrode
- metallic
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 正極活物質に水酸化ニッケルを用いる密閉型
アルカリ蓄電池に関するものであり、高エネルギー密度
化と低コスト化された密閉型アルカリ蓄電池を実現する
ことを目的とするものである。 【構成】 水酸化ニッケルよりなる正極中に金属亜鉛ま
たは亜鉛合金を添加することにより、金属コバルトを使
用する必要がなくなり、また酸化亜鉛の量も減量でき、
正極合剤の重量当りの電気容量が増加させることができ
る。また金属コバルトを使用しないので低コストにな
る。
アルカリ蓄電池に関するものであり、高エネルギー密度
化と低コスト化された密閉型アルカリ蓄電池を実現する
ことを目的とするものである。 【構成】 水酸化ニッケルよりなる正極中に金属亜鉛ま
たは亜鉛合金を添加することにより、金属コバルトを使
用する必要がなくなり、また酸化亜鉛の量も減量でき、
正極合剤の重量当りの電気容量が増加させることができ
る。また金属コバルトを使用しないので低コストにな
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は正極活物質に水酸化ニッ
ケルを用いる密閉型アルカリ蓄電池のエネルギー密度の
向上、および低コスト化に関わる。
ケルを用いる密閉型アルカリ蓄電池のエネルギー密度の
向上、および低コスト化に関わる。
【０００２】
【従来の技術】近年、正極に水酸化ニッケル、負極に水
素吸蔵合金、電解質にアルカリ水溶液を用いた密閉型ニ
ッケル水素蓄電池やニカド蓄電池が、高エネルギー密度
を達成できるとして注目を集めている。負極に金属水素
化物を用いた場合、この電池での充電機構は次のように
進む。放電反応はこの逆である。正極では（化１）の反
応が、負極では（化２）の反応が反応式の右方向に起こ
る。ｅ-は電子であり、Ｍは水素吸蔵合金を、ＭＨは水
素を吸蔵した水素吸蔵合金である。
素吸蔵合金、電解質にアルカリ水溶液を用いた密閉型ニ
ッケル水素蓄電池やニカド蓄電池が、高エネルギー密度
を達成できるとして注目を集めている。負極に金属水素
化物を用いた場合、この電池での充電機構は次のように
進む。放電反応はこの逆である。正極では（化１）の反
応が、負極では（化２）の反応が反応式の右方向に起こ
る。ｅ-は電子であり、Ｍは水素吸蔵合金を、ＭＨは水
素を吸蔵した水素吸蔵合金である。
【０００３】
【化１】
【０００４】
【化２】
【０００５】したがって、電池全体の充電反応は（化
３）で表わせる。
３）で表わせる。
【０００６】
【化３】
【０００７】トータルの電池内での反応は（化３）より
水素の正極負極間の往来である。正極は、活物質である
水酸化ニッケルに、高率放電特性向上のための水酸化コ
バルト、サイクル寿命向上の為の酸化亜鉛、電池を正極
容量規制にするための金属コバルトからなっている。
水素の正極負極間の往来である。正極は、活物質である
水酸化ニッケルに、高率放電特性向上のための水酸化コ
バルト、サイクル寿命向上の為の酸化亜鉛、電池を正極
容量規制にするための金属コバルトからなっている。
【０００８】アルカリ蓄電池では、放電時に負極の電位
が大きく貴な電位に分極すると、負極活物質である水素
吸蔵合金やカドミウムが溶解しサイクル寿命が低下する
ために、正極容量規制で作られるのが一般的である。そ
の為には負極の充電された電気量が、正極のそれよりも
常に大でなければならない。
が大きく貴な電位に分極すると、負極活物質である水素
吸蔵合金やカドミウムが溶解しサイクル寿命が低下する
ために、正極容量規制で作られるのが一般的である。そ
の為には負極の充電された電気量が、正極のそれよりも
常に大でなければならない。
【０００９】そこで、これまで負極板のみを予め正極理
論容量の５％程度の電気量になるように充電しておい
て、未充電の正極とを組み合わせて電槽に入れ、注液、
封口後電池を充電していた。この事前の負極板のみの充
電は工程上制御が煩雑であるため、正極中に金属コバル
トを添加する方法が考えられている。金属コバルトは正
極を充電するときに一部水酸化コバルトとなるが、放電
では反応しない。これにより金属コバルトが反応した分
だけ、負極は余分に充電されたことになる。
論容量の５％程度の電気量になるように充電しておい
て、未充電の正極とを組み合わせて電槽に入れ、注液、
封口後電池を充電していた。この事前の負極板のみの充
電は工程上制御が煩雑であるため、正極中に金属コバル
トを添加する方法が考えられている。金属コバルトは正
極を充電するときに一部水酸化コバルトとなるが、放電
では反応しない。これにより金属コバルトが反応した分
だけ、負極は余分に充電されたことになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、金属コバルトの反応率が約１０％と低い
ため過剰の金属コバルトを添加せねばならず、重量当り
のエネルギー密度は低下し、またコスト的にも問題があ
った。
来の構成では、金属コバルトの反応率が約１０％と低い
ため過剰の金属コバルトを添加せねばならず、重量当り
のエネルギー密度は低下し、またコスト的にも問題があ
った。
【００１１】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、正極の重量当りの電気容量を増大させて密閉型アル
カリ蓄電池のエネルギー密度を向上させるとともに、低
コスト化を図ることを目的とする。
で、正極の重量当りの電気容量を増大させて密閉型アル
カリ蓄電池のエネルギー密度を向上させるとともに、低
コスト化を図ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は水酸化ニッケル
よりなる正極、電解質にアルカリ水溶液を用いるアルカ
リ蓄電池において、正極中に金属亜鉛または亜鉛合金を
添加するものである。特に亜鉛合金として亜鉛インジュ
ーム合金または亜鉛鉛を添加したことを特徴としてい
る。
よりなる正極、電解質にアルカリ水溶液を用いるアルカ
リ蓄電池において、正極中に金属亜鉛または亜鉛合金を
添加するものである。特に亜鉛合金として亜鉛インジュ
ーム合金または亜鉛鉛を添加したことを特徴としてい
る。
【００１３】
【作用】本発明は上記構成により、正極中に添加した金
属亜鉛は正極を充電するときには電解酸化されて酸化亜
鉛となり、生成した酸化亜鉛は放電時にも還元されるこ
とはない。したがって金属コバルトを亜鉛に代替する事
が可能となる。また反応率の低い金属コバルトに較べ金
属亜鉛の反応率は１００％に近いため添加重量を低減で
きる。生成するのは酸化亜鉛であることより、最初から
添加していた酸化亜鉛量を低減できる。
属亜鉛は正極を充電するときには電解酸化されて酸化亜
鉛となり、生成した酸化亜鉛は放電時にも還元されるこ
とはない。したがって金属コバルトを亜鉛に代替する事
が可能となる。また反応率の低い金属コバルトに較べ金
属亜鉛の反応率は１００％に近いため添加重量を低減で
きる。生成するのは酸化亜鉛であることより、最初から
添加していた酸化亜鉛量を低減できる。
【００１４】亜鉛インジューム合金、亜鉛鉛合金の場合
には、アルカリ電解液との化学反応速度は金属亜鉛を用
いた場合に較べて遅く、電池構成後長時間放置していて
も合金の形態を保つことができる。
には、アルカリ電解液との化学反応速度は金属亜鉛を用
いた場合に較べて遅く、電池構成後長時間放置していて
も合金の形態を保つことができる。
【００１５】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
説明する。
【００１６】（実施例１）水酸化ニッケルと水酸化コバ
ルト、酸化亜鉛、金属亜鉛を重量比で１００：８．４：
０．９：１．７に秤量した粉末を良く混合した後、混合
粉末２０ｇに水を添加しペースト状にした。横６０ｍｍ
縦８１ｍｍ重量３．１ｇの発泡ニッケル中に、このペー
ストを充填し乾燥後、厚み１．７４ｍｍに圧縮し正極板
とした。正極板の角にリードとしてのニッケル板をスポ
ット溶接した。
ルト、酸化亜鉛、金属亜鉛を重量比で１００：８．４：
０．９：１．７に秤量した粉末を良く混合した後、混合
粉末２０ｇに水を添加しペースト状にした。横６０ｍｍ
縦８１ｍｍ重量３．１ｇの発泡ニッケル中に、このペー
ストを充填し乾燥後、厚み１．７４ｍｍに圧縮し正極板
とした。正極板の角にリードとしてのニッケル板をスポ
ット溶接した。
【００１７】この時正極板１枚の理論容量は５．２１Ａ
ｈである。試験用電池にはこの正極板を５枚用いた。
ｈである。試験用電池にはこの正極板を５枚用いた。
【００１８】負極として水素吸蔵合金を用いた。水素吸
蔵合金としてランタン含量１０％のミッシュメタル（Ｍ
ｍ）を用いたＭｍＮｉ３．５５Ｍｎ０．４Ａ１０．３Ｃ
ｏ０．７５を用い、この合金１９．４ｇに同様に水を加
えてペーストとした。横６０ｍｍ縦８１ｍｍ重量３．１
ｇの発泡ニッケル中に、このペーストを充填し乾燥後、
厚み１．２０ｍｍに圧縮し負極板とした。負極板の角に
リードとしてのニッケル板をスポット溶接した。この時
負極板１枚の理論容量は５．６３Ａｈである。試験用電
池にはこの負極板を６枚用いた。
蔵合金としてランタン含量１０％のミッシュメタル（Ｍ
ｍ）を用いたＭｍＮｉ３．５５Ｍｎ０．４Ａ１０．３Ｃ
ｏ０．７５を用い、この合金１９．４ｇに同様に水を加
えてペーストとした。横６０ｍｍ縦８１ｍｍ重量３．１
ｇの発泡ニッケル中に、このペーストを充填し乾燥後、
厚み１．２０ｍｍに圧縮し負極板とした。負極板の角に
リードとしてのニッケル板をスポット溶接した。この時
負極板１枚の理論容量は５．６３Ａｈである。試験用電
池にはこの負極板を６枚用いた。
【００１９】図１のようにスルフォン化処理を行ったポ
リプロピレン不織布セパレータ１を介して、負極２、正
極３の順に外側に負極がくるように配置した。負極のリ
ードをニッケル製負極端子４に、正極のリードをニッケ
ル製正極端子にスポット溶接した。これらの極板郡を厚
み３ｍｍのアルリロニトリルースチレン樹脂からなる縦
１０８ｍｍ，横６９ｍｍ，幅１８ｍｍのケース５に入れ
た。比重１．３の水酸化カリウム水溶液を電解質として
５４ｃｃ加えた。
リプロピレン不織布セパレータ１を介して、負極２、正
極３の順に外側に負極がくるように配置した。負極のリ
ードをニッケル製負極端子４に、正極のリードをニッケ
ル製正極端子にスポット溶接した。これらの極板郡を厚
み３ｍｍのアルリロニトリルースチレン樹脂からなる縦
１０８ｍｍ，横６９ｍｍ，幅１８ｍｍのケース５に入れ
た。比重１．３の水酸化カリウム水溶液を電解質として
５４ｃｃ加えた。
【００２０】２気圧で作動する安全弁６を取り付けたア
ルリロニトリルースチレン樹脂からなる封口板７をケー
スにエポキシ樹脂で接着した。その後正極端子、負極端
子を封口板にオーリングを介して圧接固定し、密閉電池
とした。この本発明の電池をＡとする。
ルリロニトリルースチレン樹脂からなる封口板７をケー
スにエポキシ樹脂で接着した。その後正極端子、負極端
子を封口板にオーリングを介して圧接固定し、密閉電池
とした。この本発明の電池をＡとする。
【００２１】従来例として、水酸化ニッケルと水酸化コ
バルト、酸化亜鉛、金属コバルトを重量比で１００：
６：３：８に秤量した粉末を良く混合した後、混合粉末
２０ｇに水を添加しペースト状にした。本発明と同様に
横６０ｍｍ縦８１ｍｍ重量３．１ｇの発泡ニッケル中
に、このペーストを充填し乾燥後、厚み１．７４ｍｍに
圧縮し正極板とした。正極板の角にリードとしてのニッ
ケル板をスポット溶接した。この時正極板１枚の理論容
量は４．９４Ａｈである。同様に電池にはこの正極板を
５枚用いた。その他の構成は本発明の電池と同様にし
た。この従来例の電池をＢとする。
バルト、酸化亜鉛、金属コバルトを重量比で１００：
６：３：８に秤量した粉末を良く混合した後、混合粉末
２０ｇに水を添加しペースト状にした。本発明と同様に
横６０ｍｍ縦８１ｍｍ重量３．１ｇの発泡ニッケル中
に、このペーストを充填し乾燥後、厚み１．７４ｍｍに
圧縮し正極板とした。正極板の角にリードとしてのニッ
ケル板をスポット溶接した。この時正極板１枚の理論容
量は４．９４Ａｈである。同様に電池にはこの正極板を
５枚用いた。その他の構成は本発明の電池と同様にし
た。この従来例の電池をＢとする。
【００２２】これらの電池封口後直ちに２０℃で１０時
間率つまりＡの電池では２．８２Ａ、Ｂの電池では２．
４７Ａで１５時間充電し、５時間率で端子間電圧が１Ｖ
になるまで放電する充放電サイクルを繰り返した。
間率つまりＡの電池では２．８２Ａ、Ｂの電池では２．
４７Ａで１５時間充電し、５時間率で端子間電圧が１Ｖ
になるまで放電する充放電サイクルを繰り返した。
【００２３】図２には、これらの電池の放電容量のサイ
クルに伴う変化を示す。但し縦軸には放電容量を正極合
剤の重量で除した値を用いた。３００サイクルまでは両
方の電池ともに正極の利用率は１００％であり、その後
のサイクルでも正極活物質の利用率の観点では同じであ
った。以上の結果は、正極容量規制にするために、従来
添加していた反応性の低い金属コバルトに代えて、金属
亜鉛を用いた場合にも同様な正極利用率、サイクル特性
が得られるとともに、正極合剤の軽量化によるエネルギ
ー密度の増大、低コスト化が可能となることを示してい
る。
クルに伴う変化を示す。但し縦軸には放電容量を正極合
剤の重量で除した値を用いた。３００サイクルまでは両
方の電池ともに正極の利用率は１００％であり、その後
のサイクルでも正極活物質の利用率の観点では同じであ
った。以上の結果は、正極容量規制にするために、従来
添加していた反応性の低い金属コバルトに代えて、金属
亜鉛を用いた場合にも同様な正極利用率、サイクル特性
が得られるとともに、正極合剤の軽量化によるエネルギ
ー密度の増大、低コスト化が可能となることを示してい
る。
【００２４】以上、作用、実施例の項である特定の配合
比で説明したが、水酸化ニッケルの形状粒度などにより
必要とされる水酸化コバルトや酸化亜鉛の量は変化す
る。また超高率放電を行うときには、正極容量規制とす
るために負極を余分に充電しておく量が変化するのは当
然である。本発明はこれまで述べてきた金属亜鉛の量に
限定されるものではないのも当然である。
比で説明したが、水酸化ニッケルの形状粒度などにより
必要とされる水酸化コバルトや酸化亜鉛の量は変化す
る。また超高率放電を行うときには、正極容量規制とす
るために負極を余分に充電しておく量が変化するのは当
然である。本発明はこれまで述べてきた金属亜鉛の量に
限定されるものではないのも当然である。
【００２５】（実施例２）実施例１と同じ構成の電池を
作った。但し、金属亜鉛に代えて、３重量％のインジュ
ームを含む亜鉛合金を用いた電池をＣ、３重量％の鉛を
含む亜鉛合金を用いた電池をＤとする。金属亜鉛を用い
た電池はそのままＡとする。
作った。但し、金属亜鉛に代えて、３重量％のインジュ
ームを含む亜鉛合金を用いた電池をＣ、３重量％の鉛を
含む亜鉛合金を用いた電池をＤとする。金属亜鉛を用い
た電池はそのままＡとする。
【００２６】これらの電池を、電解液を注液、封口後１
０日間そのまま放置し、その後実施例１と同じ充放電を
繰り返した。第１０サイクル目の放電容量の２／３に低
下するサイクル数を、その電池のサイクル寿命とする。
（表１）に上記電池のサイクル寿命を示す。
０日間そのまま放置し、その後実施例１と同じ充放電を
繰り返した。第１０サイクル目の放電容量の２／３に低
下するサイクル数を、その電池のサイクル寿命とする。
（表１）に上記電池のサイクル寿命を示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】これより、金属亜鉛を使用するよりは、亜
鉛合金を用いる方がサイクル寿命は長くなる。金属亜鉛
の場合には、充電を行う前の放置中に電解液と反応して
金属亜鉛の量が減少し、負極を余分に充電しておく電気
量が少なくなり、寿命が低くなったと考えている。亜鉛
合金を用いた場合には電池構成後、充電を開始するまで
に相当期間の放置が可能となり、製造コストの低下に役
立つ。
鉛合金を用いる方がサイクル寿命は長くなる。金属亜鉛
の場合には、充電を行う前の放置中に電解液と反応して
金属亜鉛の量が減少し、負極を余分に充電しておく電気
量が少なくなり、寿命が低くなったと考えている。亜鉛
合金を用いた場合には電池構成後、充電を開始するまで
に相当期間の放置が可能となり、製造コストの低下に役
立つ。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の金属亜鉛ま
たは亜鉛合金を添加した正極を使用した密閉型アルカリ
蓄電池では、正極中に金属亜鉛または亜鉛合金を添加し
たことにより、正極の重量当りの電気容量が増加し高エ
ネルギー密度となるとともに低コスト化を実現できるも
のである。
たは亜鉛合金を添加した正極を使用した密閉型アルカリ
蓄電池では、正極中に金属亜鉛または亜鉛合金を添加し
たことにより、正極の重量当りの電気容量が増加し高エ
ネルギー密度となるとともに低コスト化を実現できるも
のである。
【図１】本発明の一実施例による密閉型アルカリ蓄電池
の縦断面図
の縦断面図
【図２】正極合剤の重量当りの放電電気量のサイクルに
伴う変化を示す図
伴う変化を示す図
１ セパレータ ２ 負極 ３ 正極 ４ 負極端子 ５ ケース ６ 安全弁 ７ 封口板 Ａ 本発明の電池 Ｂ 従来例の電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 児守 克典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 豊口 ▲よし▼徳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 充放電可能な負極と、水酸化ニッケルよ
りなる正極と、アルカリ水溶液よりなる電解質とを備
え、正極中に金属亜鉛または亜鉛合金を添加したことを
特徴とする密閉型アルカリ蓄電池。 - 【請求項２】 亜鉛合金が亜鉛インジューム合金または
亜鉛鉛であることを特徴とする請求項１記載の密閉型ア
ルカリ蓄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4143977A JPH05343098A (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 密閉型アルカリ蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4143977A JPH05343098A (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 密閉型アルカリ蓄電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343098A true JPH05343098A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=15351451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4143977A Pending JPH05343098A (ja) | 1992-06-04 | 1992-06-04 | 密閉型アルカリ蓄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05343098A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019153550A (ja) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | トヨタ自動車株式会社 | アルカリ蓄電池用電極 |
-
1992
- 1992-06-04 JP JP4143977A patent/JPH05343098A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019153550A (ja) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | トヨタ自動車株式会社 | アルカリ蓄電池用電極 |
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