JPH0628155B2 - アルカリ蓄電池用亜鉛極 - Google Patents
アルカリ蓄電池用亜鉛極Info
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- JPH0628155B2 JPH0628155B2 JP60107911A JP10791185A JPH0628155B2 JP H0628155 B2 JPH0628155 B2 JP H0628155B2 JP 60107911 A JP60107911 A JP 60107911A JP 10791185 A JP10791185 A JP 10791185A JP H0628155 B2 JPH0628155 B2 JP H0628155B2
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Classifications
-
- 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
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明はアリカリ蓄電池用亜鉛極に関し、詳しくは、
ニッケル−亜鉛蓄電池や銀−亜鉛蓄電池等のアルカリ蓄
電池の陰極として用いられる亜鉛極に関するものであ
る。
ニッケル−亜鉛蓄電池や銀−亜鉛蓄電池等のアルカリ蓄
電池の陰極として用いられる亜鉛極に関するものであ
る。
〈従来の技術〉 上記の如きアルカリ蓄電池において亜鉛極の陰極活物質
として用いられる亜鉛は、単位重量あたりのエネルギー
密度が大きく且つ安価である等といった利点を有する反
面、放電時に亜鉛がアルカリ電解液に溶出して生じた亜
鉛酸イオンが充電時に亜鉛極表面に樹枝状あるいは海綿
状亜鉛となって電析し成長するので、充放電を繰り返す
と、この電析亜鉛がセパレータを貫通し対極に接触して
内部短絡を引き起こしたり、亜鉛極形状変化に伴って電
池容量が低下するため電池のサイクル寿命が短くなると
いう不都合がある。
として用いられる亜鉛は、単位重量あたりのエネルギー
密度が大きく且つ安価である等といった利点を有する反
面、放電時に亜鉛がアルカリ電解液に溶出して生じた亜
鉛酸イオンが充電時に亜鉛極表面に樹枝状あるいは海綿
状亜鉛となって電析し成長するので、充放電を繰り返す
と、この電析亜鉛がセパレータを貫通し対極に接触して
内部短絡を引き起こしたり、亜鉛極形状変化に伴って電
池容量が低下するため電池のサイクル寿命が短くなると
いう不都合がある。
この電析亜鉛に起因する不都合に対処し、電池のサイク
ル寿命を改善するため、アルカリ電解液量を規制して亜
鉛酸イオンの拡散防止を図ったり、各種の金属あるいは
その酸化物等を亜鉛活物質中あるいは電解液中に添加し
含有させることが提案されている。このような金属酸化
物等としては、例えば特公昭51-32365号公報に開示され
ている如き金属インジウム，酸化インジウム、あるいは
水酸化インジウム等が挙げられる。これらの金属酸化物
等は、亜鉛の水素過電圧を高めて樹枝状あるいは海綿状
亜鉛の成長を防止すると共に、結晶を緻密にして亜鉛活
物質の形状を保持するという機能があり、電池長寿命化
に寄与してきた。
ル寿命を改善するため、アルカリ電解液量を規制して亜
鉛酸イオンの拡散防止を図ったり、各種の金属あるいは
その酸化物等を亜鉛活物質中あるいは電解液中に添加し
含有させることが提案されている。このような金属酸化
物等としては、例えば特公昭51-32365号公報に開示され
ている如き金属インジウム，酸化インジウム、あるいは
水酸化インジウム等が挙げられる。これらの金属酸化物
等は、亜鉛の水素過電圧を高めて樹枝状あるいは海綿状
亜鉛の成長を防止すると共に、結晶を緻密にして亜鉛活
物質の形状を保持するという機能があり、電池長寿命化
に寄与してきた。
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、本発明者の研究によれば、上記の如き金
属酸化物等を含有させた場合、長期にわたる充放電サイ
クルを経過すると亜鉛の結晶化が進み、粒子が粗大化し
て亜鉛極の多孔度が失われてくるため、放電容量が低下
するという現象がみられ、これが電池寿命低下の一因と
なるという問題点があることが判った。
属酸化物等を含有させた場合、長期にわたる充放電サイ
クルを経過すると亜鉛の結晶化が進み、粒子が粗大化し
て亜鉛極の多孔度が失われてくるため、放電容量が低下
するという現象がみられ、これが電池寿命低下の一因と
なるという問題点があることが判った。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明者は前述の如き金属インジウムあるいは水酸化イ
ンジウムなどのインジウム化合物を含有する亜鉛極に於
いても充分に抑制できなかった充放電サイクル進行に伴
う亜鉛の結晶粗大化に起因する容量劣化を、これら金属
インジウムあるいはインジウム化合物に加えて無水ケイ
酸を亜鉛極に含有させることによって更に抑制できるこ
とを知得して本発明を完成するに至ったものである。
ンジウムなどのインジウム化合物を含有する亜鉛極に於
いても充分に抑制できなかった充放電サイクル進行に伴
う亜鉛の結晶粗大化に起因する容量劣化を、これら金属
インジウムあるいはインジウム化合物に加えて無水ケイ
酸を亜鉛極に含有させることによって更に抑制できるこ
とを知得して本発明を完成するに至ったものである。
即ち、この発明のアルカリ地電池用亜鉛極は、亜鉛活物
質に、金属インジウムあるいはインジウム化合物、及び
無水ケイ酸を含有させてなるとを要旨とする。
質に、金属インジウムあるいはインジウム化合物、及び
無水ケイ酸を含有させてなるとを要旨とする。
尚、インジウム化合物としては、酸化インジウム，水酸
化インジウム等が挙げられる。
化インジウム等が挙げられる。
〈作 用〉 上記無水ケイ酸はアルカリ電解液、例えば苛性ソーダ溶
液中で溶解し、ＳｉＯ３ 2-，Ｓｉ２Ｏ５ 2-等の溶解種と
して存在する。
液中で溶解し、ＳｉＯ３ 2-，Ｓｉ２Ｏ５ 2-等の溶解種と
して存在する。
ところで、亜鉛極の放電反応は物質収支のみで記すと次
式のように表わせる。
式のように表わせる。
Ｚｎ＋２ＯＨ−→ＺｎＯ＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ− 上記反応式で示されているように、放電反応では水酸イ
オンＯＨ−が消費されるので、亜鉛極において放電が進
行している部位では局所的に pＨが下がり、このため、
ケイ酸の上記溶解種は、Ｋ２ＳｉＯ３・（Ｈ２Ｏ）ｍ，
Ｋ２Ｓｉ２Ｏ５・（Ｈ２Ｏ）ｍ等で示される形のケイ酸
塩水和物で析出し、放電生成物中に取り囲まれるものと
考えられる。
オンＯＨ−が消費されるので、亜鉛極において放電が進
行している部位では局所的に pＨが下がり、このため、
ケイ酸の上記溶解種は、Ｋ２ＳｉＯ３・（Ｈ２Ｏ）ｍ，
Ｋ２Ｓｉ２Ｏ５・（Ｈ２Ｏ）ｍ等で示される形のケイ酸
塩水和物で析出し、放電生成物中に取り囲まれるものと
考えられる。
一方、亜鉛極充電反応は次式 ＺｎＯ＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｚｎ＋２ＯＨ− で示される反応であるが、この時、上記ケイ酸塩水和物
がこの充電反応に関与してケイ酸塩水和物中の結晶水が
反応に使われるものと考えられる。そして、このように
放電生成物中に水分子が多く存在すると、上記充電反応
式からも明らかなように、亜鉛極の充電反応は容易且つ
極くスムーズに進行し、この結果として、充放電サイク
ルの進行に伴う亜鉛結晶の粗大化が緩和され、必要充分
な多孔度が長期に亘って保たれる。
がこの充電反応に関与してケイ酸塩水和物中の結晶水が
反応に使われるものと考えられる。そして、このように
放電生成物中に水分子が多く存在すると、上記充電反応
式からも明らかなように、亜鉛極の充電反応は容易且つ
極くスムーズに進行し、この結果として、充放電サイク
ルの進行に伴う亜鉛結晶の粗大化が緩和され、必要充分
な多孔度が長期に亘って保たれる。
尚、無水ケイ酸に代えてアルカリ土類金属のケイ酸塩を
亜鉛極に含有させることも考えられるが、アルカリ土類
金属のケイ酸塩は電解液を保持して電極性能向上に寄与
するものの、不溶性であることから、無水ケイ酸のよう
にアルカリ電解液中に溶解し、充電反応に関与して放電
生成物中に取り囲まれて上記の如き格別の作用をするこ
とはない。つまり、本発明のように無水ケイ酸塩を用い
ることにより、分子レベルで作用して水の分子が活物質
中に取り込まれるので、活物質の充電反応がより有効に
促進される。また、このように活物質に水の分子が取り
込まれることにより、活物質は充電し難い結晶である緻
密な結晶になりにくくなり、結果として亜鉛極の充放電
反応かより一層均一且つ深く進行して亜鉛極の劣化を抑
えることができる。
亜鉛極に含有させることも考えられるが、アルカリ土類
金属のケイ酸塩は電解液を保持して電極性能向上に寄与
するものの、不溶性であることから、無水ケイ酸のよう
にアルカリ電解液中に溶解し、充電反応に関与して放電
生成物中に取り囲まれて上記の如き格別の作用をするこ
とはない。つまり、本発明のように無水ケイ酸塩を用い
ることにより、分子レベルで作用して水の分子が活物質
中に取り込まれるので、活物質の充電反応がより有効に
促進される。また、このように活物質に水の分子が取り
込まれることにより、活物質は充電し難い結晶である緻
密な結晶になりにくくなり、結果として亜鉛極の充放電
反応かより一層均一且つ深く進行して亜鉛極の劣化を抑
えることができる。
また、金属インジウムあるいはインジウム化合物は充電
の際の金属亜鉛が生成する時の核となり、緻密な亜鉛結
晶を作る作用があり、無水ケイ酸と共に亜鉛極に含有さ
せると、無水ケイ酸との騒擾効果により充放電を繰返し
た際亜鉛結晶の形状変化をより一層抑制する。
の際の金属亜鉛が生成する時の核となり、緻密な亜鉛結
晶を作る作用があり、無水ケイ酸と共に亜鉛極に含有さ
せると、無水ケイ酸との騒擾効果により充放電を繰返し
た際亜鉛結晶の形状変化をより一層抑制する。
以上の理由により、金属インジウムあるいはインジウム
化合物、及び無水ケイ酸を併用して亜鉛活物質中に添加
することにより、長期にわたる充放電サイクルに対して
も電極活物質の形状変化が少なく、且つ、電解液の経路
である多孔度が十分に保たれるような亜鉛極を得ること
ができる訳である。
化合物、及び無水ケイ酸を併用して亜鉛活物質中に添加
することにより、長期にわたる充放電サイクルに対して
も電極活物質の形状変化が少なく、且つ、電解液の経路
である多孔度が十分に保たれるような亜鉛極を得ること
ができる訳である。
〈実施例〉 酸化亜鉛末、金属亜鉛粉末等の亜鉛活物質に添加剤であ
る水酸化インジウムおよび無水ケイ酸を下表に示す割合
で混合して粉末Ａ（本発明品）を作成した。同様にし
て、無水ケイ酸を含ませず他物質を下表に示す割合で混
合して粉末Ｂ（従来品）、あるいは水酸化インジウムを
含ませず他物質を下表に示す割合で混合して粉末Ｃ（比
較例）をそれぞれ作成した。
る水酸化インジウムおよび無水ケイ酸を下表に示す割合
で混合して粉末Ａ（本発明品）を作成した。同様にし
て、無水ケイ酸を含ませず他物質を下表に示す割合で混
合して粉末Ｂ（従来品）、あるいは水酸化インジウムを
含ませず他物質を下表に示す割合で混合して粉末Ｃ（比
較例）をそれぞれ作成した。
次に、これらの粉末Ａ〜Ｃにそれぞれ結着剤であるＰＴ
ＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）ディスパージョン
と水とを加え混練し、ローラによりシート状に形成した
後、集電体である銅鋼の両面に圧着し、加圧成形し乾燥
させて亜鉛極を作成した。このようにして得た亜鉛極と
公知の焼結式ニッケル極とを組合せ、巻き取りを行な
い、酸化亜鉛で飽和させた３０％水酸化カリウム溶液の
電解液として注液し、公称容量1800mAh の円筒型ニッケ
ル亜鉛蓄電池（本発明品Ｉ，従来品II，比較品III）を
各々作成した。
ＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）ディスパージョン
と水とを加え混練し、ローラによりシート状に形成した
後、集電体である銅鋼の両面に圧着し、加圧成形し乾燥
させて亜鉛極を作成した。このようにして得た亜鉛極と
公知の焼結式ニッケル極とを組合せ、巻き取りを行な
い、酸化亜鉛で飽和させた３０％水酸化カリウム溶液の
電解液として注液し、公称容量1800mAh の円筒型ニッケ
ル亜鉛蓄電池（本発明品Ｉ，従来品II，比較品III）を
各々作成した。
そして、これらの電池について、450mA で５時間充電
し、その後直ちに450mA で電池端子電圧が 1.3Ｖに達す
るまで放電するという一連のサイクルテストを、電池放
電時間が３時間を切るところまでに電池容量が低下する
まで連続して行なった。このテスト結果は添付図面に示
す通りであり、本発明品Ｉは従来品II等に較べてそのサ
イクル特性が大幅に改善されていることがわかる。
し、その後直ちに450mA で電池端子電圧が 1.3Ｖに達す
るまで放電するという一連のサイクルテストを、電池放
電時間が３時間を切るところまでに電池容量が低下する
まで連続して行なった。このテスト結果は添付図面に示
す通りであり、本発明品Ｉは従来品II等に較べてそのサ
イクル特性が大幅に改善されていることがわかる。
〈発明の効果〉 以上のように構成されるこの発明のアルカリ地電池用亜
鉛極は、長期の充放電サイクルに亘って亜鉛活物質の結
晶化及び粗大化を防ぎ、結晶化及び粗大化に起因する容
量低下が少ない。このため、放電容量を長期に亘り保持
することができて電池のサイクル特性向上に寄与するこ
とができるという効果を奏する。
鉛極は、長期の充放電サイクルに亘って亜鉛活物質の結
晶化及び粗大化を防ぎ、結晶化及び粗大化に起因する容
量低下が少ない。このため、放電容量を長期に亘り保持
することができて電池のサイクル特性向上に寄与するこ
とができるという効果を奏する。
図面は本発明の実施例，従来例，あるいは比較例を用い
たニッケル亜鉛蓄電池のサイクル−電池容量特性をそれ
ぞれ示したグラフである。
たニッケル亜鉛蓄電池のサイクル−電池容量特性をそれ
ぞれ示したグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】亜鉛活物質に、金属インジウムあるいはイ
ンジウム化合物、及び無水ケイ酸を含有させてなること
を特徴とするアルカリ蓄電池用亜鉛極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60107911A JPH0628155B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | アルカリ蓄電池用亜鉛極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60107911A JPH0628155B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | アルカリ蓄電池用亜鉛極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61267266A JPS61267266A (ja) | 1986-11-26 |
| JPH0628155B2 true JPH0628155B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=14471182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60107911A Expired - Lifetime JPH0628155B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | アルカリ蓄電池用亜鉛極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0628155B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5626988A (en) * | 1994-05-06 | 1997-05-06 | Battery Technologies Inc. | Sealed rechargeable cells containing mercury-free zinc anodes, and a method of manufacture |
-
1985
- 1985-05-20 JP JP60107911A patent/JPH0628155B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61267266A (ja) | 1986-11-26 |
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