JPH1021897A

JPH1021897A - 二次電池用電極

Info

Publication number: JPH1021897A
Application number: JP8167418A
Authority: JP
Inventors: Reizo Maeda; 礼造前田; Katsuhiko Niiyama; 克彦新山; Shuichi Suzuki; 修一鈴木; Mutsumi Yano; 睦矢野; Mitsuzo Nogami; 光造野上; Ikuro Yonezu; 育郎米津; Koji Nishio; 晃治西尾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-23
Anticipated expiration: 2016-06-27
Also published as: JP3515286B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気自動車用の電池に使用される二次電池用
電極において、大電流を長時間に取り出した場合、活物
質から導電タブを介して、電極端子へ電力が供給される
が、この時に導電タブ近傍では温度が上昇し、電極の劣
化をひきおこす。【解決手段】導電タブ近傍の活物質と、電極の主体と
なる活物質を異ならしめ、温度上昇部分である導電タブ
近傍には、耐熱性、または高導電性の活物質を配置す
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、ニッケルー水素蓄
電池やニッケルーカドミウム蓄電池等のアルカリ蓄電池
や、リチウムイオン二次電池に使用される二次電池用電
極に関し、特に電気自動車などの大電流下で使用される
電池に使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ニッケルー水素蓄電池やニッケル
ーカドミウム蓄電池等のアルカリ蓄電池のニッケル極と
しては、ニッケル金属の多孔体等からなる集電体に活物
質(水酸化ニッケル)を塗着させてなる非焼結式ニッケル
極がよく知られている。このような電極では、一般に、
電極全体の活物質塗着部が均質なものが使用されてい
る。この理由は、民生用の二次電池は一般に小型であ
り、せいぜい瞬間的に数アンペアー程度の電流が導出さ
れる程度のものであるので、充放電時の発熱という問題
に着目する必要がないからである。

【０００３】ところが、近年、この種二次電池により電
気自動車を駆動させるという試みがなされている。電気
自動車の電源として、二次電池を使用するためには、か
かる二次電池を電気自動車用に改良する必要が出てく
る。この種電気自動車用の二次電池は、自動車のモータ
ーへ電気を供給するとき、数アンペアー以上の大きな電
流を必要とすることが多い。

【０００４】この結果、電気自動車用の大型の二次電池
と、民生用の小型の二次電池との根本的な差異は、数ア
ンペアー以上の大電流が、短時間ではない時間にわたっ
て電池を介して導出されるか否かという点である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点を解決すべくなされたものであって、大電流を長時間
に取り出しても問題を生じない、電気自動車などに使用
される大電流用途の二次電池用電極を提案するものであ
る。ここで、大電流用途とは、５アンペアー以上の電流
が数分間以上持続して流れることを意味する。

【０００６】また、従来、大電流を導出した場合、活物
質から導電タブを介して、電極端子へ電力が供給される
が、この時に導電タブ近傍では温度が上昇し、電極の活
物質を劣化させ、電極の特性の低下をひきおこす。本発
明では、このような熱の影響を低く抑え、優れた電極特
性を発揮させるものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、導電タブを有
する二次電池用電極であって、前記導電タブ近傍の第１
組成の活物質と、第２組成の活物質とが、集電体に塗着
充填されたことを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明は、具体的には、集電体と、
導電タブと、活物質塗着部とから構成される二次電池用
電極であって、前記導電タブに近接した集電体には第
１組成の活物質が配置され、前記配置された第１組成の
活物質に対して前記導電タブとは反対側の集電体には第
２組成の活物質が配置され、前記第１組成の活物質と前
記第２組成の活物質とが前記活物質塗着部を構成してい
ることを特徴とするものである。

【０００９】ここで、前記第１組成の活物質と、前記第
２組成の活物質との重量比率としては、１：９〜１：４
程度が好ましい。

【００１０】そして、前記第１組成の活物質が、前記第
２組成の活物質よりも、高い導電性、高い耐久性、若し
くは高温での高い放電容量を有する優れた高温特性を有
するものを配置するのが最適である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
詳細に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施することが可能なものである。（実験例）この実験例では、正極において、導電タブ近
傍の活物質即ち第１組成の活物質を導電性の高いものと
して電極を作製し、大型の角型電池を組立てて評価を行
っている。

【００１２】［正極の作製］まず、ここで使用した正極
について説明する。この正極においては、導電タブ近傍
の活物質を導電性の高いものとしている。この正極、即
ち二次電池用電極の形状を、図１に示す。電極は、縦10
cm、幅30cmの寸法を有した活物質塗着部と、導電タブか
らなる。この導電タブは、電極の長辺の一端側に形成さ
れている。この導電タブの寸法は、高さが１cm、幅が10
cmである。活物質塗着部の内部には、厚さ0.1mmのパン
チングメタルからなるニッケル多孔体(集電体)が配置さ
れており、導電タブは厚さ0.1mmの無孔のニッケル板で
構成されている。尚、上記ニッケル多孔体は、発泡ニッ
ケル体から構成してもよい。この場合には、舌片状のニ
ッケル板からなる導電タブが溶接されてもよい。

【００１３】この電極において、活物質塗着部は、第１
組成の活物質部Ａと、第２組成の活物質部Ｂとから構成
されている。この領域Ａには第１組成の活物質、領域Ｂ
には第２組成の活物質が塗着充填されている。第１組成
の活物質部Ａは、導電タブが配置されたところから近い
ところに形成されている。この第１組成の活物質部Ａ
は、一片が導電タブに接するように、また一片が電極の
側辺と共通するように、そして残る一片が第２組成の活
物質部Ｂに接するよう形成される。一方、第２組成の活
物質部Ｂは、導電タブに対して、第１組成の活物質部Ａ
を介して、配置形成されている。尚、第１組成の活物質
部Ａと第２組成の活物質部Ｂに塗着される各活物質の重
量比率は、各活物質の密度が同程度であるから、その塗
着面積によって決定される。因みに、図１の場合は、第
１組成の活物質と第２組成の活物質の重量比率は、１：
７となっている。

【００１４】ここで、使用した第１組成の活物質(図１
のＡの領域)、第２組成の活物質(図１のＢの領域)は、
表１の組み合わせに基づいて配置している。

【００１５】

【表１】

【００１６】尚、上記表１において示した各活物質は、
ベース活物質を出発物質として、次のとおり準備したも
のである。

【００１７】［ベース活物質(水酸化ニッケル活物質)］
このベース活物質は、次のようにして準備した。即ち、
硫酸ニッケル、硫酸コバルトの各水溶液を、硫酸ニッケ
ル：硫酸コバルトの重量比が98：２となるように混合し
て得たニッケル液を準備する。また、20重量％のアンモ
ニア水と20重量％水酸化ナトリウム水溶液とを５：１で
混合して得たアルカリ水溶液を準備する。上記ニッケル
液とアルカリ水溶液を、水を張った水槽中に同時に添加
し、沈殿物を生成させる。その後この沈殿物をろ過し、
水で洗浄後、真空乾燥を行い、ベース活物質を得る。

【００１８】［別添加コバルト活物質］この活物質は、
次のようにして準備した。上記ベース活物質90重量％
と、水酸化コバルト10重量％を混合して活物質を得、別
添加コバルト活物質と称する。尚、水酸化コバルトは導
電剤として作用するものである。

【００１９】［コバルト被覆活物質］この活物質は、次
のようにして準備した。即ち、硫酸コバルトを16.7ｇを
水２リットルに溶解する。水酸化ニッケル活物質90ｇを
この水溶液に懸濁させる。水酸化ナトリウムでpH11に調
整し、水酸化ニッケル活物質の表面に水酸化コバルトを
析出させる。この操作を繰り返して必要量の活物質を
得、コバルト被覆活物質と称する。

【００２０】［ナトリウム含有コバルト被覆活物質］こ
の活物質は、次のようにして準備した。即ち、上記コバ
ルト被覆活物質に、水酸化ナトリウム水溶液を噴霧し、
気流中80℃で乾燥させる。この乾燥させたものを、ナト
リウム含有コバルト被覆活物質と称する。

【００２１】上述のとおり、得られた各活物質を、図１
に示すとおり、各領域に分けて、充填している。ここ
で、図１のＡ領域とＢ領域とは、一方の領域をマスキン
グテープで目隠しした後に、他方の領域に活物質を塗着
充填し、その後マスキングテープを剥離して、他の活物
質を塗着充填して、形成される。また、充填方法は、次
のとおりである。即ち、上記各活物質80重量％、結着剤
としてのメチルセルロース(１重量％含有)水溶液20重量
％とを混練してペーストを得る。このペーストを、上述
したニッケル多孔体に塗着、充填する。その後乾燥、成
形している。このようにして、各正極A1、A2、a1、a2、
a3を構成した。

【００２２】［負極の作製］この実験１で組み立てられ
たニッケル−水素アルカリ蓄電池に使用される、負極
を、次の様にして作製している。平均粒径20μmの水素
吸蔵合金（組成式MmNi₃ _.1Co_0.9Al_0.2Mn_0.5、Mmはミッシ
ュメタルであって、希土類元素の混合物）89重量％に導
電剤としてのニッケル粉末10重量％と、結着剤としての
ポリエチレンオキサイド１重量％とを加え均一に混合
し、さらに水を加えペーストを得た。このペーストを、
ニッケルメッキが施されたパンチングメタル芯体(集電
体)の両面に、塗着、乾燥し、更に所定の寸法に切断し
た。このようにして、幅10cm、長さ30cmの負極を作製し
た。

【００２３】［電池の構成］上記各正極(二次電池用電
極)及び負極を使用した、電池の概略を説明する。図２
は、角型ニッケル−水素アルカリ蓄電池の部分断面斜視
図である。電池缶１内では、非焼結式ニッケル正極２
と、水素吸蔵合金を含む負極３とを、それぞれ複数枚使
用している。これらは、セパレータ４を介して相対抗さ
せて配置され、電極群５を構成している。この電極群５
は、絶縁シート６に囲まれている。前記電池缶１の上面
11には、前記正極２と接続される正極端子７と、安全弁
８と、前記負極３に接続された負極端子９とが、設けら
れている。この負極３と負極端子９とは、導電タブ13を
介して電気接続されている。前記安全弁８はネジ構造で
あるため、電池缶１から取り外すことができる。電解液
は、安全弁を取り外したときに生じる注液孔10から、電
池缶１内に注液される。尚、ここで使用したアルカリ電
解液は、30重量％ＫＯＨ水溶液である。この電池の理論
容量は、100Ahである。また、この電池の外形寸法は、
幅３cm、高さ12cm、長さ32cmであり、各端子は直径１cm
の円柱状のボルトを通して外部負荷と接続される。

【００２４】尚、正極としての本発明電極A1、本発明電
極A2、比較電極a1、比較電極a2、比較電極a3が各々使用
されて、各電池が組み立てられ、それぞれ準備されてい
る。

【００２５】これらの各電池を用いて、電池特性を比較
した。この時の実験条件は、電池を１Ｃの電流値で1.2
時間充電し、１時間休止後、１Ｃの電流値で放電終止電
圧１Ｖまで放電させ、１時間休止させるという、充放電
サイクルを行うというものである。このテストにより、
平均作動電圧を算出し、サイクル寿命を実測した。この
結果を、併せて上記表１に示す。

【００２６】この結果から、本発明電極A1と比較電極a1
との対比により、導電タブ付近は電極中で最も電流が集
中するところであり、導電タブ付近に、導電性の高いナ
トリウム含有コバルト被覆活物質を用いると作動電圧が
高くなっていることが理解できる。また、導電タブ付近
に、導電性の高いコバルト被覆活物質を用いると、本発
明電極A2と比較電極a1との対比により、作動電圧が高く
なることが分かる。尚、電極全てをナトリウム含有コバ
ルト被覆活物質(比較電極a2)、コバルト被覆活物質(比
較電極a3)にすると、電池のサイクル寿命が低下してし
まう。

【００２７】尚、上記電池のテストでは充電、放電条件
が設定されているが、実使用において電流を0.2Ｃ以下
で使用した時は、放電開始から２℃温度の上昇が観察さ
れた時点で、電池の残存容量が残りわずかであると判断
することができた。そのために、電池には温度センサー
12が配置されている。この方法によれば、電池の残存容
量検知が可能となる。上記0.2Ｃの電流値は、実験例の
電池では20Ａの電流値に相当する。この残存容量検知
は、電流値と環境温度を補償することにより、上述した
２℃という値を若干変更してもよい。また、温度変化
は、単位時間当りの変化率で検出してもよい。

【００２８】上記実験例では、導電タブ近傍の第１組成
の活物質を三角形状としたが、図３に示すとおり、第１
組成の活物質を帯状としてもよい。また、図４に示すと
おり、第１組成の活物質を一部帯状としてもよい。この
場合、図１に示す電極と同じサイズとすれば、一部帯状
のサイズは３cm×15cm程度とすればよい。

【００２９】更に、上述した実験例では、第１組成の活
物質と第２組成の活物質とを、導電性が優れたものであ
るか否かで区別しているが、耐久性、若しくは高温特性
で塗着部分を区別してもよい。ここで高温特性とは、高
温での高い放電容量を有することを意味し、これに適し
た活物質としては、上述したベース活物質にカルシウム
(Ca)、イッテルビウム(Yb)、マグネシウム(Mg)、ストロ
ンチウム(Sr)、バリウム(BA)、イットリウム(Ｙ)、鉄(F
e)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)を添加したもの
が好適である。

【００３０】また、上記実験例では二次電池用電極とし
て、正極に適用した場合について開示しているが、負極
に、本発明の二次電池用電極の構造を採用してもよい。
即ち、第２組成の活物質にある特定の水素吸蔵合金を使
用し、第１組成の活物質として前記水素吸蔵合金とは同
一組成であるが製法が若干異なるもの、即ち急冷処理さ
れたものや、アニール処理されたものを使用することが
できる。これらの場合は、第１組成のものの耐久性が高
くなり、電極のサイクル寿命を向上させ得る。更に、第
１組成のものを酸処理、第２組成のものを不処理とした
場合には、酸処理合金の導電性が高くなり、その結果、
電池の作動電圧を高めることが可能となる。

【００３１】尚、以上の説明は電池系としてニッケル−
水素蓄電池でおこなっているが、ニッケル−カドミウム
蓄電池や、炭素負極と金属酸化物からなるリチウムイオ
ン蓄電池に、本発明の電極構造を採用できるのは明白で
ある。

【００３２】

【発明の効果】上述した如く、大電流を長時間に取り出
しても問題を生じない、電気自動車などに使用される大
電流用途の二次電池用電極を提供でき、大電流充放電が
可能となる。また、電極における導電タブ近傍での温度
上昇を抑え、優れた電極特性を発揮させることができ、
その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である二次電池用電極の説明
用平面図である。

【図２】本発明の電極を用いた電池の一断面を示す斜視
説明図である。

【図３】本発明の他の実施例である二次電池用電極の平
面図である。

【図４】本発明の他の実施例である二次電池用電極の平
面図である。

【符号の説明】１電池缶２正極３負極４セパレータ５電極群６絶縁シート７正極端子８安全弁９負極端子１０注液孔１１上面１２温度センサー１３導電タブＡ第１組成の活物質部Ｂ第２組成の活物質部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢野睦大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者野上光造大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者米津育郎大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者西尾晃治大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電タブを有する二次電池用電極であっ
て、前記導電タブ近傍の第１組成の活物質と、第２組成の活
物質とが、集電体に塗着充填されたことを特徴とする二
次電池用電極。
【請求項２】集電体と、導電タブと、活物質塗着部と
から構成される二次電池用電極であって、前記導電タ
ブに近接した集電体には第１組成の活物質が配置され、
前記配置された第１組成の活物質に対して前記導電タブ
とは反対側の集電体には第２組成の活物質が配置され、
前記第１組成の活物質と前記第２組成の活物質とが前記
活物質塗着部を構成していることを特徴とする二次電池
用電極。
【請求項３】前記第１組成の活物質と、前記第２組成
の活物質との重量比率が、１：９〜１：４であることを
特徴とする請求項２記載の二次電池用電極。
【請求項４】前記第１組成の活物質が、前記第２組成
の活物質よりも、高い導電性を有することを特徴とする
請求項２記載の二次電池用電極。
【請求項５】前記第１組成の活物質が、前記第２組成
の活物質よりも、高い耐久性を有することを特徴とする
請求項２記載の二次電池用電極。
【請求項６】前記第１組成の活物質が、前記第２組成
の活物質よりも、高い高温特性を有することを特徴とす
る請求項２記載の二次電池用電極。