JPH09259936A - アルカリ電池の残存容量検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ニッケル活物質に固有の電極電位そのものを
利用することにより精度良くアルカリ電池の残存容量を
推定する方法を提供することを目的とする。 【構成】 異なる組成の水酸化ニッケルを２種類以上混
合した活物質を用いたニッケル電極を備えたアルカリ電
池を準備し、異なる組成の水酸化ニッケルの混合比率に
対応するニッケル電極の容量比率を、その混合比率に相
関する電位変化を測定することにより検出し、その容量
比率から残存容量を推定するアルカリ電池の残存容量検
出方法とすることで、上記目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル亜鉛電
池、ニッケル・カドミウム電池やニッケル水素化物電池
等の正極にニッケル電極を用いるアルカリ電池の残存容
量検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ電池は、ポータブルエレクトロ
ニクス機器や電動車両などの電源として広範囲な分野で
用いられているが、使用上の重要な課題として、如何に
精度良く電池の残存容量を推定するかがある。従来は、
電池の使用時の電流値を経時的に測定して使用電気量を
算出し、その積算値と電池の初期容量との差から残存容
量を推定したり、電池の充放電時の特性変化を把握して
基準値を設定し、その基準値と測定値の比較により残存
容量を推定するのが一般的である。

【０００３】特に、リチウム２次電池の正極活物質（Ｌ
ｉ_1-x ＣｏＯ₂ ）のように、電極電位が電池状態（Ｌｉ
量）に依存して変化する場合には、該電位を測定するこ
とによって比較的容易に残存容量の推定がなされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ニッケ
ル電極を正極とするアルカリ電池系では、また、その電
池電圧等の特性値が電池状態（残存容量）にほとんど依
存せず一定しており、電池の容量は経時変化することか
ら、従来の残存容量の推定方法では正確な推定が困難で
あり、より有効な電池の残存容量検出方法の開発が課題
として残されている。

【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、ニッケル活物質に固有の電極電位そのものを利
用することにより精度良くアルカリ電池の残存容量を推
定する方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、異なる組成の
水酸化ニッケルを２種類以上混合した活物質を用いたニ
ッケル電極を備えたアルカリ電池を準備し、異なる組成
の水酸化ニッケルの混合比率に対応するニッケル電極の
容量比率を、その混合比率に相関する電位変化を測定す
ることにより検出し、その容量比率から残存容量を推定
することを特徴とする。

【０００７】本発明は、異なる組成の水酸化ニッケル粉
末の混合物を活物質として用いた場合、そのニッケル電
極の電位は、各単一成分の電位を相加したものになると
の知見に基ずく。例えば、組成Ａの水酸化ニッケル粉末
単独のニッケル電極の電位が、組成Ｂの単独電極の電位
よりも貴であるならば、これら組成の粉末を混合した電
極の電位は、充電過程ではまずＢの電位で酸化が始ま
り、その後Ａの電位で酸化が進行する。一方、放電過程
では、逆にＡの電位で還元がはじまり、次いでＢの電位
で還元が進行する。ここで、ＡからＢへの電位の移行時
点は、その混合物の混合比率に相関する。従って混合比
率はそのまま容量比率となるから、ＡからＢへの電位の
移行時点を検出することによって、その時の残存容量及
び充電量等の電池状態を精度よく推定することが可能と
なる。また、ＡとＢの電位差は組成を変えることによっ
て制御でき、２種類以上の水酸化ニッケル粉末を混合使
用した場合も同様である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基き説明する。ニッケル電極 本実施例では、水酸化ニッケル粒子が充放電サイクルに
伴い形状崩壊するのを防止するために、亜鉛または銅を
固溶した組成の水酸化ニッケルを基本とした。亜鉛また
は銅の添加は、粒子崩壊（電極膨潤）の原因となる低密
度なγ形ＮｉＯＯＨの生成を抑制する作用のあることが
知られている。また、ニッケル活物質の電極電位を変え
るには、主にコバルトを水酸化ニッケルに固溶体添加す
る手法を適用した。即ち、周知のように、ニッケル電極
の電位はコバルトの添加量に応じて卑に変化することを
利用した。

【０００９】水酸化ニッケル粉末の組成は、３重量％の
亜鉛を固溶体添加したもの（Ａ粉末）と３重量％の亜鉛
と５重量％のコバルトを固溶体添加したもの（Ｂ粉末）
の２種類とした。

【００１０】ニッケル電極は、上記のＡ粉末とＢ粉末を
均一に混合した粉末に、導電性ネットワーク形成剤とし
て一酸化コバルト粉末10重量％を混合し、カルボキシメ
チルセルロースの増粘液を加えてペースト状とし、約95
％の多孔度のニッケル金属多孔体基板に所定量を充填
し、乾燥・加圧を行って作製した。本実施例ではＡ粉末
とＢ粉末の混合比は等量とした。

【００１１】こうして得たニッケル電極（本発明電極）
の充放電電位曲線を図１に示す。比較として、Ａ粉末の
みを用いた比較電極ＡおよびＢ粉末のみを用いた比較電
極Ｂの充放電電位曲線を合わせて示す。本発明電極の電
位は、比較電極Ａと比較電極Ｂの電位の混成ではなく、
相加的となる。即ち、放電過程では、まず比較電極Ａの
放電電位で反応は進行し、Ａ粉末とＢ粉末の混合比に相
当する時点（この場合中間点）で、比較電極Ｂの電位に
移行し反応が進む。逆のことが、充電過程でも起こる。
これらの現象は各成分ニッケル活物質が独立に反応に関
与しているためと考えられる。

【００１２】本実施例では、この電位の差は約25ｍＶで
あり、この電位差を検出した時点で残存容量は50％であ
ることになる。この電位差は図２に示すように、コバル
トの固溶体添加量を変えることによって、約50ｍＶの範
囲で制御可能である。電位を制御可能な添加剤は、コバ
ルトに限定されない。例えば、マグネシウムを固溶体添
加することによって電極を貴にすることが可能である。
また、亜鉛、銅の添加は、前述の実施例で記載した通
り、水酸化ニッケル粒子が充放電サイクルに伴い形状崩
壊するのを防止する効果があるが、本発明での電位変化
を生じさせる効果もある。

【００１３】この作用を応用することによって、例えば
残存容量25％の時点を検出するには、Ａ粉末とＢ粉末を
３対１の割合で混合したニッケル電極を使用すればよ
く、残存容量の検出点を１点以上とするには、３種類以
上のコバルト添加量の異なる組成の粉末を混合したニッ
ケル電極を適用すれば可能となる。このように、異なる
組成の水酸化ニッケル活物質の種類数とその混合比率を
変えて、それらの電位の移行点を任意に設定し、その移
行点を測定することによって電池状態すなわち残存容量
を推定することができる。

【００１４】アルカリ電池 上記Ａ粉末とＢ粉末とを均一に混合して形成したニッケ
ル電極を正極とし、水素吸蔵合金電極、亜鉛電極または
カドミウム電極を負極とし、ポリオレフィン系不織布か
らなるセパレータを介在させて、巻回しまたは積層し、
水酸化カリウム水溶液等のアルカリ電解液を注液して、
円筒型または角型の電池を作製した。これらの電池系で
は、負極の電極電位は充放電過程でほとんど変化せず一
定であるために、ニッケル電極の特性が電池電圧にその
まま反映される。従って、前記方法でこれらの電池の残
存容量を推定することができた。

【００１５】

【発明の効果】以上の通り本発明は、アルカリ電池の残
存容量を精度よく簡便に推定できる。また、水酸化ニッ
ケルに固溶体添加する添加剤の種類、添加量を変化させ
ることにより、容易にニッケル電極の電位の制御が可能
となるために、上記残存容量の推定を効果的に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のニッケル電極と比較電極の充放電電位
曲線を示す図である。

【図２】本発明のニッケル電極におけるコバルト添加量
と充放電電位の関係を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる組成の水酸化ニッケルを２種類以
   上混合した活物質を用いたニッケル電極を備えたアルカ
   リ電池を準備し、異なる組成の水酸化ニッケルの混合比
   率に対応するニッケル電極の容量比率を、その混合比率
   に相関する電位変化を測定することにより検出し、その
   容量比率から残存容量を推定することを特徴とするアル
   カリ電池の残存容量検出方法。
2. 【請求項２】 前記ニッケル電極の活物質が、亜鉛、マ
   グネシウム、銅又はコバルトを異なる比率で固溶体添加
   した水酸化ニッケルである請求項１記載のアルカリ電池
   の残存容量検出方法。