JPH10125350A - アルカリ二次電池 - Google Patents

アルカリ二次電池

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JPH10125350A
JPH10125350A JP8284027A JP28402796A JPH10125350A JP H10125350 A JPH10125350 A JP H10125350A JP 8284027 A JP8284027 A JP 8284027A JP 28402796 A JP28402796 A JP 28402796A JP H10125350 A JPH10125350 A JP H10125350A
Authority
JP
Japan
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salt
active material
alkaline
electrode substrate
battery
Prior art date
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Pending
Application number
JP8284027A
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English (en)
Inventor
Toshiro Okamoto
敏郎 岡元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP8284027A priority Critical patent/JPH10125350A/ja
Publication of JPH10125350A publication Critical patent/JPH10125350A/ja
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    • 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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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】過充電時の電極基材の腐食を抑制して電池の寿
命を長くする。 【解決手段】電極の活物質コート層及びアルカリ電解液
の少なくとも一方には、強塩基と弱酸からなりアルカリ
電解液に溶解可能な塩が含まれていることを特徴とす
る。この塩がH+ を捕捉して安定な弱酸に変化するた
め、H+ による電極基材の腐食が抑制される。

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・カドミ
ウム蓄電池やNi−MH蓄電池などのアルカリ二次電池
に関し、詳しくは長寿命化されたアルカリ二次電池に関
する。
【0002】
【従来の技術】アルカリ二次電池は、信頼性が高いこ
と、小型軽量化及び高容量化が可能であることなどの理
由により、各種ポータブル機器や産業用の電源として広
く用いられている。このアルカリ二次電池の陽極には、
主として水酸化ニッケルからなる活物質をもつ水酸化ニ
ッケル電極が用いられている。
【0003】この水酸化ニッケル電極は、例えば集電体
となる多孔質金属基材を硝酸ニッケルなどの酸性ニッケ
ル塩の水溶液中に浸漬し、次いでアルカリ水溶液中に浸
漬する方法で製造されている。この方法は、一般に浸漬
法と称されている。この製造方法によれば、多孔質金属
基材の空孔中に含浸したニッケル塩がアルカリと接触す
ることで水酸化ニッケルが生成し、活物質を多孔質金属
基材の空孔中に充填することが可能となる。
【0004】しかし上記浸漬法では、一度の処理で活物
質を充分に充填することが困難であるため、所望の容量
とするには上記処理を何度か繰り返す必要があり、工数
が多大となるという不具合があった。そこで活物質の充
填方法の別の方法として、例えば特開平4−10355
号公報などには、水酸化ニッケルを主とする活物質材料
をカルボキシメチルセルロース(CMC)などのバイン
ダー及び溶媒とともにペーストとし、そのペーストをへ
らやアプリケータなどを用いて多孔質金属からなる電極
基材に物理的に充填する方法が記載されている。この方
法はペースト充填法と称され、上記浸漬法に比べて多く
の活物質を空孔中に簡単に充填でき、高容量の電極を容
易に製造することができる。
【0005】そして電極基材の材質としては、電解液で
あるアルカリ溶液中で安定であり高い耐食性を有するニ
ッケルが一般に用いられている。例えば特開昭59−1
28766号公報には、スポンジ状のニッケル多孔体に
水酸化ニッケル粉末とコバルト粉末を主体とする活物質
を充填したアルカリ電池用陽極板が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来のアルカ
リ二次電池においては、使用中にニッケルからなる電極
基材に腐食が生じ、導電率の低下により寿命が低下する
という不具合が発生する場合があった。このようにニッ
ケルからなる電極基材に腐食が生じる理由は、以下のよ
うに説明される。
【0007】例えばNi−MH電池における電極での電
気化学反応は、次式のように表される。 (1)充電時 陽極: Ni(OH)2 +OH- → NiOOH +
H2 O + e- 陰極: M + H+ + e- → MH (2)放電時 陽極: NiOOH + H2 O + e- → Ni
(OH)2 +OH- 陰極: MH → M + H+ + e- つまり充電時には、上式に示すように陽極でOH- が消
費され、反応界面でH + 濃度が増大する。したがって過
充電状態では反応界面でH+ 濃度がきわめて増大し、図
3に模式的に示すように、そのH+ 1がニッケルからな
るNi電極基材2を攻撃し電子を奪ってH2 となること
により、Ni電極基材2が腐食するのである。また、こ
の腐食の電気化学反応は、アルカリ電解液中に不純物と
して存在するNO3 -などの強酸イオンによって促進され
ることもわかっている。
【0008】したがって過充電の状態で電池が長時間使
用されると、電極基材の腐食が進行し、導電率の低下に
より電池の寿命が低下する。本発明はこのような事情に
鑑みてなされたものであり、過充電時の電極基材の腐食
を抑制して電池の寿命を長くすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項1に記載のアルカリ二次電池の特徴は、電極基材と電
極基材表面に形成され電極活物質を含むコート層とより
なる陽極と、アルカリ電解液とを含むアルカリ二次電池
において、コート層及びアルカリ電解液の少なくとも一
方には強塩基と弱酸からなりアルカリ電解液に溶解可能
な塩が含まれていることにある。
【0010】また請求項2に記載のアルカリ二次電池の
特徴は、請求項1に記載のアルカリ二次電池において、
塩は、酢酸ナトリウム、リン酸カリウム及びギ酸ナトリ
ウムの少なくとも一種であることにある。
【0011】
【発明の実施の形態】電極基材としては、繊維形状や粉
末形状の金属の焼結体、あるいは発泡金属などからなる
多孔質金属基材を用いることができる。また、電極基材
の材質としては、集電体として機能する導電性のもので
あれば特に制限されないが、アルカリ電池用電極の場合
には活物質として一般に水酸化ニッケルが用いられるの
で、活物質との親和性に優れるニッケルを用いることが
好ましい。
【0012】陽極活物質粉末としては、水酸化ニッケル
(Ni(OH)2 )が一般に用いられる。また活物質と
ともに金属コバルト、酸化コバルト(CoO)あるいは
フッ化コバルト(CoF)などのコバルト化合物を含ま
せることも好ましい。金属コバルトあるいはコバルト化
合物の存在により、充放電を繰り返した時に水酸化コバ
ルト及びCoOOHが生成し、多孔質金属電極基材と活
物質との電気的接触性が向上するため、いわゆる導電性
ネットワークの形成により活物質の利用効率が向上す
る。
【0013】この陽極活物質は、一般にペーストとされ
て電極基材にアプリケータやへらでコートされ、コート
層が形成される。アルカリ電解液としては、水酸化カリ
ウム(KOH)水溶液が一般に用いられる。また陰極と
しては、カドミウム、亜鉛、鉄、マンガンなどが用いら
れる。本発明の最大の特徴は、コート層及びアルカリ電
解液の少なくとも一方に、強塩基と弱酸からなりアルカ
リ電解液に溶解可能な塩が含まれているところにある。
この塩により過充電時に生成したH+ を捕捉することが
でき、H+ の攻撃による電極基材の腐食を防止すること
ができる。
【0014】つまりこの塩は強塩基と弱酸の塩であるの
で、その塩の解離定数はその弱酸の解離定数より大き
く、弱酸イオンはアルカリ電解液中でH+ と結合して弱
酸となって安定化しようとする。これにより電解液中の
H+ を捕捉することができる。例えばこのような塩とし
て酢酸ナトリウムを用いた場合には、次式(A)のよう
な反応が生じ、弱酸イオン(CH3 COO- )がH+ を
吸収して弱酸(CH3COOH)となって、電極基材の
腐食が防止される。
【0015】 CH3 COONa + H+ → CH3 COOH + Na+ (A) H+ を吸収して形成された弱酸は、弱酸であるからアル
カリ電解液には大きな影響を及ぼさず、ほとんど無害の
状態でアルカリ電解液中で安定に存在する。このような
塩としては、強塩基と弱酸の塩であり、かつアルカリ電
解液に溶解可能であれば特に制限がないが、酢酸ナトリ
ウム、リン酸カリウム、ギ酸ナトリウムなど、電解液へ
の溶解度が大きいものが望ましく、なかでも酢酸ナトリ
ウムが最も効果的である。なおこの塩は1種類でもよい
し複数種類を併用することもできる。
【0016】この塩の添加量としては、少しでも添加す
ればそれなりの効果が得られるが、コート層中に含有す
る場合、活物質100重量部に対して1〜5重量部の範
囲が好ましく、3重量部近傍の添加量が特に望ましい。
塩の添加量が1重量部より少ないとH+ の捕捉量が少な
く電極基材の腐食を防止することが困難な場合がある。
5重量部より多くなると効果が飽和し、飽和濃度以上の
添加量ではH+ の捕捉量が低下するとともに、活物質量
の相対的な減少により電池容量が低下する場合もある。
【0017】この塩をコート層に含ませるには、コート
層を形成後に塩の水溶液などを含浸させる方法、活物質
のペーストに塩を混合しておきそれを電極基材に塗布し
てコート層を形成する方法などが例示される。なお後者
の方法の場合には、ペーストをアルコールなどの塩が溶
解しない溶媒で形成して塩を固体状態で含ませてもよい
し、水を用いて塩を溶解状態で含ませることもできる。
【0018】またこの塩は、アルカリ電解液中に溶解し
た状態で含ませることもできる。この場合の添加量は、
アルカリ電解液中の濃度が0.1〜5モル/Lの範囲と
することが好ましく、2〜3モル/Lの範囲が特に望ま
しい。
【0019】
【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を具体
的に説明する。 (実施例1)水酸化ニッケル粉末93重量部と、酸化コ
バルト粉末4.8重量部と、金属コバルト1.9重量部
と、カルボキシメチルセルロース(CMC)1.5重量
部と、カーボンブラックのエタノール分散品(カーボン
ブラック濃度10重量%)11重量部と、酢酸ナトリウ
ム3重量部とをよく混合し、陽極活物質ペーストを調製
した。
【0020】次に、発泡ニッケルよりなる電極基材(厚
さ1.6mm、幅50mm、長さ50mm、多孔度96
容積%)を用意し、へらを用いて上記ペーストを充填し
たのち表面の余剰なペーストを除去した。そして60℃
で5時間加熱して乾燥した後、ローラプレス機により
0.6mmの厚さにプレス成形して陽極を形成した。陽
極中に陽極活物質は74重量%充填されている。また酢
酸ナトリウムは、陽極活物質中に3重量%含まれてい
る。
【0021】得られた陽極を汎用のペースト式カドミウ
ム陰極と組み合わせ、6規定のKOH水溶液をアルカリ
電解液としてアルカリ電池を作製した。そして25℃の
雰囲気において、1Cの電流により1.5時間充電し、
1Cの電流により1.0Vまで放電させる充放電パター
ンを1サイクルとし、それを複数サイクル繰り返した。
この時、10サイクル毎に電池の5時間率容量を測定
し、5時間率容量が80%を下回った時点を電池の寿命
と判断した。このときの充放電サイクル数に対する容量
の変化を図1及び図2に示す。
【0022】(実施例2)陽極活物質中の酢酸ナトリウ
ムの含有量を1重量%としたこと以外は実施例1と同様
にして陽極を作製し、同様にアルカリ電池を作製した。
そして同様に充放電サイクル数に対する容量変化を測定
し、結果を図1に示す。 (実施例3)陽極活物質中の酢酸ナトリウムの含有量を
5重量%としたこと以外は実施例1と同様にして陽極を
作製し、同様にアルカリ電池を作製した。そして同様に
充放電サイクル数に対する容量変化を測定し、結果を図
1に示す。
【0023】(比較例)陽極活物質中に酢酸ナトリウム
を含まないこと以外は実施例1と同様にして陽極を作製
し、同様にアルカリ電池を作製した。そして同様に充放
電サイクル数に対する容量変化を測定し、結果を図1及
び図2に示す。 (評価)図1より、陽極活物質中に酢酸ナトリウムを含
む各実施例は、比較例に比べて容量が80%となるまで
のサイクル数が多く、寿命が長くなっていることが明ら
かである。
【0024】ただし酢酸ナトリウムの含有量によってそ
の程度が異なり、1重量%含有の実施例2は比較例に比
べて寿命が5%向上し、3重量%含有の実施例1は比較
例に比べて寿命が20%向上し、5重量%含有の実施例
3は比較例に比べて寿命が8%向上している。つまり酢
酸ナトリウムの添加量は、3重量%程度で寿命延長の効
果が最大となり、それより少なくても多くても効果が低
下することがわかる。
【0025】(実施例4)陽極活物質中に酢酸ナトリウ
ムに代えてリン酸カリウムを3重量%含有させたこと以
外は実施例1と同様にして陽極を作製し、同様にアルカ
リ電池を作製した。そして同様に充放電サイクル数に対
する容量変化を測定し、結果を図2に示す。
【0026】(実施例5)陽極活物質中に酢酸ナトリウ
ムに代えてギ酸ナトリウムを3重量%含有させたこと以
外は実施例1と同様にして陽極を作製し、同様にアルカ
リ電池を作製した。そして同様に充放電サイクル数に対
する容量変化を測定し、結果を図2に示す。
【0027】(評価)図2より、酢酸ナトリウム、リン
酸カリウム及びギ酸ナトリウムのいずれも寿命延長に効
果があるが、酢酸ナトリウムが20%と最も寿命延長の
効果が大きく、次いでギ酸ナトリウムが14%、リン酸
カリウムが11%と、この順に効果が低下していること
がわかる。したがって酢酸ナトリウムを用いるのが特に
好ましいことがわかる。
【0028】
【発明の効果】すなわち本発明のアルカリ二次電池によ
れば、過充電時の電極基材の腐食が防止されるため、長
寿命化が達成される。また陽極のコート層中に強塩基と
弱酸からなる塩を含ませておけば、アルカリ電解液中へ
の塩の溶出によりコート層は多孔状態となり、表面積が
増大するため活物質の利用率が向上し出力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】充放電サイクル数と電池容量の関係を示すグラ
フである。
【図2】充放電サイクル数と電池容量の関係を示すグラ
フである。
【図3】従来の電極基材の腐食機構を示す模式的説明図
である。
【符号の説明】
1:H+ 2:電極基材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極基材と該電極基材表面に形成され電
    極活物質を含むコート層とよりなる陽極と、アルカリ電
    解液とを含むアルカリ二次電池において、 前記コート層及び前記アルカリ電解液の少なくとも一方
    には強塩基と弱酸からなり該アルカリ電解液に溶解可能
    な塩が含まれていることを特徴とするアルカリ二次電
    池。
  2. 【請求項2】 前記塩は、酢酸ナトリウム、リン酸カリ
    ウム及びギ酸ナトリウムの少なくとも一種であることを
    特徴とする請求項1記載のアルカリ二次電池。
JP8284027A 1996-10-25 1996-10-25 アルカリ二次電池 Pending JPH10125350A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008257899A (ja) * 2007-03-31 2008-10-23 Sanyo Electric Co Ltd アルカリ蓄電池
KR101288642B1 (ko) * 2006-10-12 2013-07-22 주식회사 엘지화학 고온 안전성 및 충격 안전성이 우수한 전기화학소자

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KR101288642B1 (ko) * 2006-10-12 2013-07-22 주식회사 엘지화학 고온 안전성 및 충격 안전성이 우수한 전기화학소자
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