JPH1186897A - 密閉型ニッケル水素電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複雑な工程や材料を用いることなく、従来より
サイクル寿命を格段に向上可能な密閉型ニッケル水素電
池を提供すること。 【解決手段】密閉型ニッケル水素電池において、ケ−ス
の上端部に安全弁を有するとともに、ケ−ス内のガス溜
め空間側に電解液保持用多孔体を設ける。さらに、電解
液の注入量を極板の上端面より上となるように通常の５
〜４０％増量して充填する。このように極板の上端面よ
り上まで電解液を充填することにより、密閉型ニッケル
水素電池のサイクル寿命を格段に延長することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は密閉型ニッケル水素
電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】セパレータを挟んでニッケル正極板及び
水素吸蔵合金負極板を渦巻状または積層状に形成した電
極アセンブリを電解液とともにケ−スに密閉してなる従
来の密閉型ニッケル水素電池では、電池内圧の上昇によ
るケ−スの破裂を防止するためにケ−スの天板部に安全
弁を設けている。

【０００３】このような安全弁をもつ密閉型ニッケル水
素電池では、安全弁が作動した場合に安全弁から電解液
が漏出するのを防止するために、過剰な電解液が使用状
態において極板の上縁部を超えてその上部のガス溜め空
間に滞留しないようにしている。すなわち、安全弁作動
時に、ケ−スがなんらかの原因で傾いたり、転倒した
り、あるいは外部から衝撃が与えられたりすると、この
ガス溜め空間に滞留する過剰な電解液が、開いた安全弁
から漏出あるいは噴出するためである。このような事態
は、安全弁が機能不良となった場合にも生じる。

【０００４】なお、電解液は、正負の極板間のイオン伝
導を実現するためのものであるから、理論的には、両極
板のうち、どちらか低い方の極板の上縁部まで注入され
ていればよく、実際に毛細管現象が存在するため、注入
された電解液量は多孔性の極板やセパレータの内部の孔
部に充填され得る量に限定されるのが普通である。した
がって、従来は、電池反応に寄与せず、ガス溜め空間の
有効ガス蓄積能力を低下させ、安全弁作動時に液漏れの
危険を生じさせるので、電解液がセパレータや極板内に
保持される分を超過して、円筒型電池の電極アセンブリ
の空芯部や、極板の上縁部の上方のガス溜め空間に滞留
しないようにその注入量をコントロールしていた。

【０００５】上記ガス溜め空間の容積は、大きいほど多
量のガス発生に対して電池内圧の増大を抑止できる効果
をもつが、単位体積当たりの容量低下を招くので、従来
においてはその後の使用において予想されるガス発生量
に対してケ−スの耐圧（たとえば５〜１０気圧）が許容
する範囲でなるべく縮小される。上記説明にもかかわら
ず、作製した電池は極板の活性化のために数回の初期充
放電サイクル（初期活性化処理）を実施するのが通常で
あり、これによる極板の膨張、収縮によりある程度の電
解液が極板の上縁部より下の容積が増大したり、そこに
残留するガスが電解液により置換される可能性がある。
このため、この初期活性化処理による極板やセパレータ
の電解液吸収可能量の増大に備えて、ある程度の予備の
電解液を極板の上縁部より上側のガス溜め空間に一時的
に保持することが考えられる。

【０００６】なお、電池を初期活性化処理後に出荷した
場合、この予備の電解液は極板などに完全に吸収される
ため極板の上縁部に滞留しないので、安全弁作動時に外
部に放出されることがない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】電池開発における最も
重要な課題は単位重量当たりの容量の向上及びその経時
的な劣化特性すなわちサイクル寿命の延長の２点であ
る。しばしば、高容量電池はサイクル寿命が短く、長寿
命の電池は容量が小さい。本発明は上記問題に鑑みなさ
れたものであり、複雑な工程や材料を用いることなく、
従来よりサイクル寿命を格段に向上可能な密閉型ニッケ
ル水素電池を提供することをその解決すべき課題として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の構成によ
れば、安全弁からの液漏れを効果的に防止することがで
きる。請求項２記載の構成によれば請求項１記載の密閉
型ニッケル水素電池において更に、電解液として、極板
の上縁部に達しない範囲でケ−ス内に充填される基本液
量に加えて更に超過液量が追加される。この超過液量は
基本液量の５〜４０%、かつ、ガス溜め空間容積の３０
〜７０%に設定される。これにより、サイクル寿命を向
上することができる。液量が上記範囲未満であれば、サ
イクル寿命の延長効果が十分でなく、液量が上記範囲を
超えると電池体積当たりの容量の低下が顕著となる。

【０００９】本発明者らは、一見無駄に見える正負の両
極板の対向部分より更に上方に位置する極板が存在しな
いガス溜め空間の一部に電解液を滞留させることによ
り、なんら複雑な工程や材料を用いることなく密閉型ニ
ッケル水素電池のサイクル寿命を予想もできないレベル
に向上できることを見いだした。この理由はいまだ解明
されていないが、本発明者らは以下のように推測をして
いる。

【００１０】一つの理由は、密閉型ニッケル水素電池に
おいて、充放電サイクルを繰り返していくと、電極アセ
ンブリが膨張してケ−スを主に横へ拡げる。これを数十
回以上繰り返すうちに、ケ−スの塑性変形して、極板上
縁部より下のスペースが増大し、必要電解液量が増大す
ることが考えられる。他の一つの理由は、水素吸蔵合金
負極を構成する水素吸蔵合金粉末が充放電サイクルの多
数回の繰り返しにより微粉化し、その分だけ水素吸蔵合
金負極の吸収可能電解液量（多孔率）が増大して、必要
電解液量が増大することが考えられる。

【００１１】その他、電解液が充放電サイクルの実施と
ともに汚染されたり、イオン置換や酸化などで活性度が
低下するため、電解液が多いほうがこの問題の影響が少
ないということも考えられる。いずれの理由が相当する
かは現状では不明であるが、初期活性化処理実施後でも
ガス溜め空間に滞留するレベルまで電解液を注入してお
くことによって、密閉型ニッケル水素電池のサイクル寿
命を格段に延長できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】電池としては、円筒密閉型電池の
他、積層型電池を採用することができる。水素吸蔵合金
粉末としては、希土類系合金、チタン系合金、ジルコニ
ウム系合金などを採用することができ、増粘材として
は、メーチルセルロース、カルボキシルメチルセルロー
スなどを採用することができ、結着材としては、ポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエ
ン共重合体などを採用することができ、水素吸蔵合金電
極を用いた電池の電解液としては、ＫＯＨ水溶液、ＫＯ
Ｈ、ＬｉＯＨ混合水溶液、ＫＯＨ、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ
混合水溶液などを採用することができ、集電体として
は、発泡ニッケル、パンチングメタルなどを採用するこ
とができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を適用した円筒密閉型ニッケル
水素化物電池を以下に説明する。図１はこの実施例の円
筒密閉型ニッケル水素化物電池の正極側の半部の軸方向
部分断面図を示す。１は円筒状のケ−スであり、その一
端開口は電気絶縁用の樹脂リング２を介して円盤状の蓋
板３で密閉されている。蓋板３には開口３ａが形成され
るとともに、電池内圧が上昇した場合の圧力を抜くため
の安全弁４が設けられている。安全弁４は、蓋板３の上
面に固着されたキャップ状の＋タ−ミナル８の内側のば
ね８ａにより蓋板３の開口３ａへ付勢されている。

【００１４】５は電極アセンブリであり、図示しないセ
パレ−タを介して正極板６と負極板７とを重ねて渦巻状
に巻装して円筒状に形成されている。ただし、図１にお
いて、電極アセンブリ５は模式的に図示されている。６
１は正極板６の上縁部を示し、７１は負極板７の下縁部
を示す。＋タ−ミナル８は、蓋板３とリ−ド９ａを介し
て電極アセンブリ５の正極板６の上側の端縁部６１に抵
抗溶接された円盤状の集電板９と電気的に接合されてい
る。

【００１５】同様に、集電板１０の上端面は負極板７の
下側の端縁部７１に抵抗溶接されている。更に説明する
と、集電板９の下端面及び集電板１０の上端面には放射
状の突条が設けられており、この突条が極板６、７に抵
抗溶接されている。１２は、電解液保持用多孔体であっ
て、蓋板３の開口３ａを覆うようにガス溜め空間１４側
に支持部材１５によって固定されている。支持部材１５
にはガス抜き用の開口１５ａが形成されている。開口１
５ａの位置や支持部材１５の形状は図示のものと異なっ
ても良い。電解液保持用多孔体１２は耐アルカリ性の多
孔物質（たとえばポリプロピレン不織布等）からなり、
電池が横向きに置かれたりした場合やガス抜きの際、電
解液を保持する機能を有する。

【００１６】この電池の組み立て方法を以下に説明す
る。まず、電極アセンブリ５を形成し、負極板７の下縁
部に集電板１０を抵抗溶接し、ケ−ス１に収容し集電板
１０をケ−ス１の缶底に溶接する。次に、正極板６の上
縁部６１に＋タ−ミナル８と一体の集電板９を抵抗溶接
する。次に、集電板９と蓋板３とをリ−ド９ａで接続す
る。

【００１７】このようにして形成した半完成の電池に５
〜５０ｍＨｇまで真空引きした空間にて電解液を注入す
る。その後、樹脂リング２を介して蓋板３をケ−ス１の
一端でかしめ、蓋板３を固定する。上述の実施例によれ
ば、安全弁４のケ−ス１内側の開口部が電解液保持用多
孔体１２により覆われているので、ケ−ス内圧が上昇し
てガス抜きのための安全弁４が開いた場合でも、電解液
が電解液保持用多孔体１２に保持されるため安全弁４か
らの液漏れを防止することができる。このように、安全
弁４からの液漏れが防止できる構造であるため、極板等
に吸収保持される電解液の液量（基本液量）を超過して
多量の超過液量をケ−ス１内に充填することが可能とな
り、サイクル寿命を従来より格段に向上することができ
る。 （実験）組成がＭｍＮｉ_3.6Ｃｏ_0.7Ａｌ_0.4Ｍｎ_0.3（Ｌ
ａ／Ｍｍ＝０．６）である水素吸蔵合金を機械粉砕して
１００メッシュ以下とした水素吸蔵合金粉末にニッケル
パウダを水素吸蔵合金粉末にその５ｗｔ％混合し、結着
材としてＭＣ（メチルセルロース）２ｗｔ％水溶液を上
記水素吸蔵合金粉末に対してその２０ｗｔ％加えて攪拌
してペーストを形成した。

【００１８】次に、このペーストを厚さ７０μｍのパン
チングメタルに被着し、水素吸蔵合金負極７を作製し
た。水素吸蔵合金負極７の寸法は全長２４６ｍｍ、幅３
４ｍｍ、厚さ０．４６ｍｍである。また、正極板６は全
長１８６ｍｍ、幅３４ｍｍ、厚さ０．７１ｍｍのＣｏ−
Ｚｎ系の水酸化ニッケル板である。セパレータはポリプ
ロピレン膜であり、１平方ｍ当たり７０ｇのものを採用
した。

【００１９】電解液は６．８ＮのＫＯＨと０．８ＮのＬ
ｉＯＨとを含み、試料１では４．３６ｇ、試料２では
４．８２ｇ、試料３では５．２３ｇ、試料４では５．６
０ｇ、試料５では６．１２ｇとした。負極は正極の１．
７倍の容量に設計した。これらの電池の容量は、０．２
Ｃ充放電を３２サイクル実施する初期活性化処理の後、
充電を１Ｃ（２．４Ａ）で定格容量２．４Ａｈの１１０
%まで実施し、３０分休止後、１Ｃ（２．４Ａ）で開放
端子電圧が０．８５Ｖになるまで行い、３０分休止する
充放電サイクルを２００〜１５００回実施した。なお、
各試料１〜５はそれぞれ１０個作製し、上記初期活性化
処理後、開口して電解液の液位を調べた．試料４、５で
は電解液は、正極板６の上縁部６１を超えていた。

【００２０】その結果を図２に示す。図２から、電解液
が初期活性化処理後、正極板６の上縁部６１を超えてい
ない場合、サイクル寿命は平均６００回であったが、試
料４では平均８００回を超え、試料５では平均１３００
回を超えるという実用上、極めて有効な結果を得た。 （変形態様）上記実施例では、電解液保持用多孔体１２
として、合成樹脂不織布マットを用いたが、以外の他の
液保持性材料を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の電池の構成を示す断面図である。

【図２】実施例の電池で電解液の注入量を種々変更した
場合の充放電の繰り返し試験の結果を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１はケ−ス、 ３は蓋板（ケ−スの上部）、 ５は電極アセンブリ、 ６は正極板、 ７は負極板、 ８は＋タ−ミナル、 ９は集電板、 １０は集電板、 １２は電解液保持用多孔体、 ６１は正極板６の上縁部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上端部に安全弁を有するケ−スと、セパレ
   ータを挟んで巻装ないし積層されて前記ケ−スに収容さ
   れる正負一対の極板と、前記極板の上縁部に達しない範
   囲で前記ケ−ス内に充填される電解液とを備え、前記極
   板の上端面と前記ケ−スの天板部下面との間にガス溜め
   空間が形成される密閉型ニッケル水素電池において、 前記安全弁の弁口を覆って前記ケ−スのガス溜め空間内
   に配設される電解液保持用多孔体を有することを特徴と
   する密閉型ニッケル水素電池。
2. 【請求項２】請求項１記載の密閉型ニッケル水素電池に
   おいて、 前記電解液の液量は、液面が前記極板の上縁部を超過し
   ない範囲で前記ケ−ス内に充填される液量である基本液
   量と、前記基本液量を超過する超過液量とからなり、 前記超過液量は、前記電解液の基本液量の５〜４０%
   で、かつ、前記ガス溜め空間容積の３０〜７０%に設定
   されることを特徴とする密閉型ニッケル水素電池。