JPH067482B2 - アルカリ蓄電池用ニツケル正極の製造方法 - Google Patents

アルカリ蓄電池用ニツケル正極の製造方法

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JPH067482B2
JPH067482B2 JP60225403A JP22540385A JPH067482B2 JP H067482 B2 JPH067482 B2 JP H067482B2 JP 60225403 A JP60225403 A JP 60225403A JP 22540385 A JP22540385 A JP 22540385A JP H067482 B2 JPH067482 B2 JP H067482B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は多孔性ニッケル焼結基板に活物質を充填する際
に基板の一部活物質化を伴うアルカリ蓄電池用焼結式ニ
ッケル正極の製造方法の改良に関する。
(ロ) 従来の技術 近年VTR用途等での温度検出あるいは電圧検出回路を
持つ充電器の開発により、急速充電用として高性能、高
信頼性を満足しうる電池の開発が要求されている 従来、この種急速充電に用いられる電池としてニッケル
−カドミウム蓄電池のようなアルカリ蓄電池があり、こ
のアルカリ蓄電池に用いるニッケル正極は、多孔性ニッ
ケル焼結基板を硝酸ニッケルなどのニッケル塩溶液から
なる含浸液に浸漬し、次いでアルカリ中で化学置換や陰
電解などを行なって前記ニッケル塩を水酸化ニッケルに
変化させて活物質化する工程によって基板中に活物質を
充填して作製されている。特開昭51−66454号公
報ではこのニッケル正極の製造方法の改良法として、前
記含浸液にニッケル溶融塩を用いるなどして含浸時に基
板一部酸化させ、その後アルカリ中での化学置換などを
行なうことで、含浸したニッケル塩と共に基板の一部を
活物質化することが提案されており、これによって活物
質の生成量を増すことができるため、基板に所定量の活
物質を充填するまで何度も繰り返し行なっていた前記工
程の簡略化及び基板内に充填できる活物質量が増すこと
による極板の容量アップが可能となった。(尚、本発明
者らの実験ではニッケル溶融塩を基板に含浸したのち、
アルカリ置換などの処理を行なわずして直接水洗、乾燥
した場合に於いても基板は容量を有しており、基板はニ
ッケル溶融塩含浸時に酸化し、アルカリ置換などの処理
により前記基板の酸化部分が活物質化するだけではな
く、ニッケル溶融塩含浸時の酸化に於いても部分的に活
物質化しているものと考えられる。) ところが、基板が活物質化しない場合及び基板の活物質
化の量が少ない場合は問題はないが、基板の活物質化の
量が多い場合には、前記工程を有する製造方法で得たニ
ッケル正極は、特に急速充電を行なった際に電池使用か
らの数サイクルの充放電に於いて容量劣化が顕著に表わ
れるという問題点があり、また充放電サイクル中に極板
の膨潤及びハガレが生じ、更に基板がアルカリ電解液に
よって腐食活物質化を起こして容量が増加し、負極との
容量比のバランスが崩れて電池寿命が低下する等の多く
の問題があった。
(ハ) 発明が解決しようとする問題点 本発明はかかる点に鑑み基板の活物質化を伴い且つ基板
の活物質化量が多い活物質充填工程によって得られた活
物質の安定化をはかり、特に電池使用開始から数サイク
ルの充放電で生じる劣化をなくし、且つ電池性能の低下
を防止することで電池寿命を向上させようとするもので
ある。
(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明のアルカリ蓄電池用ニッケル正極の製造方法は、
多孔性ニッケル焼結基板をニッケル塩溶液に浸漬し、前
記基板に含浸したニッケル塩を、水酸化ニッケルに変化
析出させる工程を有するものであって、この工程は基板
の一部が酸化によって活物質化すると共に、この基板の
酸化によって生成した活物質量が全活物質の15%以上
であり、且つ前記ニッケル塩溶液はカドミウム塩を含有
し、このカドミウム塩から生成する水酸化カドミウムの
量が、基板に充填された水酸化ニッケルに対して2重量
%以上10重量%以下とするものである。
(ホ) 作 用 正極活物質である水酸化ニッケルの充電生成物のオキシ
水酸化ニッケルはおよそ3価の化合物であり、通常β−
NiOOHであるが、高次のγ−NiOOHも生成する
ことがある。このγ−NiOOHの生成により通常のβ
−iOOHのみの場合に比べて活物質利用率は高い値を
示すが、反面γ−NiOOHはその生成量及び存在が不
安定であり、しかも活物質の膨化作用が非常に大きいた
め、安定したサイクル特性が要求される蓄電池用活物質
としてはγ−NiOOHは不適当である。
上記γ−NiOOHの生成量は、含浸液を単にアルカリ
化学置換によって活物質とする活物質充電工程を行なっ
た場合には少なく、活物質の充電生成物の主生成物はβ
−NiOOHになるのに対し、基板の活物質化を伴う活
物質充填工程を行なう場合には、その基板の活物質化量
が全活物質量の15%以上になると活物質の充電生成物
はγ−NiOOHが多くなり、特に初期数サイクルで悪
影響を与えるが、活物質充填操作に於いて含浸液に用い
るニッケル塩溶液を含有させて、基板中に水酸化ニッケ
ルと水酸化カドミウムを共析させると、基板の活物質化
量が全活物質量の15%以上の場合にも充電時に活物質
がγ−NiOOHになるのを抑制でき初期サイクル劣化
を防止できる。
また、γ−NiOOHの生成量は電解液によっても大き
く影響を受け、特に一般に電解液に添加されるリチウム
化合物の存在がγ−NiOOHの生成を促進し、上記カ
ドミウム添加の効果を失なわるために、電池内にリチウ
ム化合物を存在させない必要がある。
(ヘ) 実 施 例 カーボニルニッケル粉末を還元性雰囲気中で焼結して多
孔度約80%の多孔性ニッケル焼結基板を得、この基板
を酸化(腐食)を促進させるために希硝酸中に数秒間浸
漬した後、硝酸カドミウムを添加した80℃、比重1.
75の硝酸ニッケル含浸液に浸漬し、基板の酸化を伴う
含浸を行ない、次いで80℃25%のKOH中で化学置
換して、水洗乾燥し、引き続きこの含浸液への浸漬、ア
ルカリ置換、水洗、乾燥という一連の活物質充填工程を
繰り返して所定量の活物質を充填し、更にKOH中で通
常の化成処理を施してニッケル正極を得た。こうして得
られた正極中の水酸化カドミウム量は水酸化ニッケルに
対して7.5重量%であった。この正極をカドミウム負
極と組み合わせ、電解液として7モル/のKOHを所
定量注液して公称容量1.2AHのニッケル−カドミウ
ム蓄電池を得た。この電池を本発明電池(A)とする。
同様に上記電池(A)の電解液のみ6モル/KOH+1
モル/LiOHに代えた電池(B)、更に、上記電池(A)
のニッケル正極中にカドミウムを添加せず、その他は電
池(A)と同一の電池(C)を製作した。尚、上記電池(A)(B)
(C)に用いたニッケル正極はほぼ同容量を有している。
これら電池(A)(B)(C)を、2Aの電流で電池温度が45
℃になるまで充電し、充電終了後1時間放置した後1.
2Aの電流で電池電圧が0.8Vになるまで放電し、再
び1時間放置して充電を行なうというサイクル条件で夫
々充放電を繰り返し行ない電池性能を測定した。この結
果を第1図乃至第3図に示す。第1図は初期サイクル特
性、第2図は長期サイクル特性、第3図は1サイクル目
の放電特性を示している。尚、第1図及び第2図に於け
る放電容量は放電時に電池電圧が1.0Vに達するまで
放電したときのものであり、1サイクル目の放電容量を
夫々100として示している。
第1図及び第2図から本発明電池(A)は電池(B)及び(C)
に比較して非常に優れた初期サイクル特性を示してお
り、長期的にも安定したサイクル特性と長寿命を持つも
のであることがわかる。また、第3図に示したように本
発明電池(A)は作動電圧が向上している。しかしながら
この作動電圧の向上もリチウムを含有することで抑制さ
れることがわかる。
次いで、前記電池(C)に用いたニッケル正極と、前記基
板に単にアルカリとの化学置換による活物質充填工程に
よって得たニッケル正極とを用い、活物質の充電生成物
のX線回折分析を行なうと共に極板の測定を行なって製
造方法の違いによる性能比較を行なった。測定は極板容
量の150%充電した後放電する条件で充放電し、放電
を終了した後次サイクルの充電に移るまでに、1サイク
ル目と2サイクル目の間及び3サイクル目と4サイクル
目の間に1時間の放置時間をとり、また2サイクル目と
3サイクル目の間に1/2ケ月の放置時間をとって行な
った。この結果を表1に示す。尚、表中X線回折分析の
結果は、充電生成物であるβ−NiOOHに対するにγ
−NiOOHの生成比(γ-NiOOH/β-NiOOH)で表わ
し、また極板容量は1サイクル目の容量を100として
表わした。
表1から明らかなように化学置換のみによる活物質充填
工程を行なって得た極板は、充電時にγ−NiOOHの
生成量が少なく各サイクルに於けるその生成量も安定し
ており、極板容量の変動もほとんどないが、基板の活物
質化を伴う活物質充填工程を行なって得た極板は、充電
時に生成するγ−NiOOHの生成量が1サイクル目で
多く、放電後1時間放置して行なった2サイクル目で生
成量が減少するが、更に放電後1/2ケ月放置して行な
った3サイクル目では再び生成量が増大するように、γ
−NiOOHの生成量が安定せず、またその生成量の違
いにより極板容量がばらついている。
このように、基板の活物質化を伴う活物質充填工程を行
なった場合には、充填時に生成するγ−NiOOHの量
が不安定になるが、この極板容量の変動の原因となるγ
−NiOOHの生成量は、基板の活物質化量に大きく左
右され、基板の活物質化量が増加するに従いγ−NiO
OHの生成量が増し、性能低下を起こす。また、実施例
で示したように、活物質充填工程に用いるニッケル塩含
浸液中にカドミウム塩を含有させ、水酸化ニッケルと水
酸化カドミウムを共析させると、基板の活物質化を伴っ
た場合にもγ−NiOOHの生成量を低く抑え安定させ
ることができる。この基板の活物質化量とγ−NiOO
Hの生成量との関係及びカドミウム添加の影響を第4図
を用いて説明する。
第4図は基板に生成した全活物質量に対する基板の活物
質化量と、β−NiOOHに対するγ−NiOOHの生
成比との関係を示す図面であり、カドミウム添加を行な
った場合とカドミウム添加を行なわない場合の2つのケ
ースの結果を示している。カドミウムを添加していない
場合には、基板の活物質化量が全活物質量に対して15
%以上になるとβ−NiOOHに対するγ−NiOOH
の生成比が大きくなり、特に20%以上となると生成比
は3.5にもなっており、基板の活物質化量が全活物質
量の15%になるとγ−NiOOHによる悪影響が顕著
に表われるものと考えられる。これに対してカドミウム
を添加したものは、基板の活物質化量が増してもγ−N
iOOHの生成量は低く抑えられている。
また、更に表2は前記電池(A)に用いたニッケル電極に
於いて、水酸化ニッケルと共析する水酸化カドミウムの
量をニッケル水酸化物の量に対して種々変化させ、カド
ミウムの添加量に対する影響及びリチウム添加の影響を
調べ、表1同様活物質の充電生成物のX線回折分析及び
極板容量の測定結果を示すものであり、測定は1C電流
で極板容量の150%充電した後放電する条件で充放電
し、放電を終了した後次サイクルの充電に移るまでの間
の放置時間を1時間と一定にして行なった。
水酸化カドミウムを添加していない極板では1サイクル
目のγ−NiOOH/β−NiOOHの生成比が3.5
であるのに対し、水酸化カドミウムを添加した極板では
リチウムが存在しない場合に1サイクル目のγ−NiO
OH/β−NiOOHの生成比が低く抑えられ、且つサ
イクルの経過によるその生成比の変動も少なくなってい
る。また、これにより水酸化カドミウムを添加した極板
は、水酸化カドミウムを添加しない極板に比べて極板容
量の1サイクル目〜3サイクル目までの変動が小さく抑
えられ安定したものになっている。このように、水酸化
ニッケルと水酸化カドミウムを共析させることにより、
活物質中に水酸化カドミウムを添加した極板は、基板の
活物質化を伴う活物質充填工程を行なった場合に於ける
γ−NiOOHの影響を低く抑え、安定した容量を有す
ることができる。この水酸化カドミウムの添加は、極板
中に生成した水酸化ニッケルに対して2重量%未満では
効果が得られず、10重量%を超えると活物質である水
酸化ニッケル量が減少し容量が低下するので2重量%〜
10重量%が望ましい。また、表2から明らかなように
水酸化カドミウムを添加した場合に於いても、電解液に
水酸化リチウムを添加したり、水酸化リチウム中で化成
をするなどして反応系中にリチウムを存在させると、水
酸化カドミウムの効果は得られないため、上記効果を得
るためにはリチウムが存在しない系とする必要がある。
(ト) 発明の効果 本発明のアルカリ蓄電池用ニッケル正極の製造方法は、
多孔性ニッケル焼結基板をニッケル塩溶液に浸漬し、前
記基板に含浸したニッケル塩を、水酸化ニッケルに変化
析出させる工程を有するものであって、この工程により
基板の一部を酸化させることにより活物質化すると共
に、この基板の酸化によって生成した活物質量が全活物
質量の15%以上であるため、活物質の生成量を増すこ
とができ、工程の簡略化及び極板の容量アップが可能に
なると共に、前記ニッケル塩溶液はカドミウム塩を含有
し、このカドミウム塩から生成する水酸化カドミウムの
量が、基板に充填された水酸化ニッケルに対して2重量
%以上10重量%以下であるので、基板の酸化によって
生成した活物質量を15%以上としても、充放電による
初期数サイクルで容量劣化が生じることを防止でき、長
期の充放電サイクルによっても容量が安定し、且つ寿命
も伸びるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は初期サイクル特性図、第2図は長期サイクル特
性図、第3図は1サイクル目の放電特性図、第4図は全
活物質量に対する基板の活物質化量と、β−NiOOH
に対するγ−NiOOHの生成比との関係を示す図面で
ある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多孔性ニッケル焼結基板をニッケル塩溶液
    に浸漬し、前記基板に含浸したニッケル塩を、水酸化ニ
    ッケルに変化析出させる工程を有するものであって、こ
    の工程は基板の一部が酸化によって活物質化すると共
    に、この基板の酸化によって生成した活物質量が全活物
    質の15%以上であり、且つ前記ニッケル塩溶液はカド
    ミウム塩を含有し、このカドミウム塩から生成する水酸
    化カドミウムの量が、基板に充填された水酸化ニッケル
    に対して2重量%以上10重量%以下であることを特徴
    とするアルカリ蓄電池用ニッケル正極の製造方法。
JP60225403A 1985-10-09 1985-10-09 アルカリ蓄電池用ニツケル正極の製造方法 Expired - Lifetime JPH067482B2 (ja)

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