JPS6130381B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ニツケル―鉄電池の化成方法に関す
るもので、その目的とするところは鉄極の放電容
量を短時間に向上させること、すなわち必要とす
る化成時間を大幅に縮少させることである。

ニツケル―鉄電池は、エジツン電池として古く
から知られていたが、ニツケル―カドミウム電池
に比べ充放電特性が劣つていたために開発が遅れ
ていた。最近では、鉄極を焼結式で製作するよう
になり、充放電特性が向上し、さらにカドミウム
極に比べ廉価で低公害性であり、単位重量当たり
の理論容量が約２倍で高エネルギ密度の可能性が
あるとして注目されるようになつてきた。とくに
高エネルギ密度が要求されているたとえば電気自
動車用として有望視されている。

しかし、通常の鉄極では、高利用率を得るため
には長期間の化成を必要とする欠点がある。すな
わち初放電における放電容量（利用率）は比較的
小さく、充放電を繰り返すと次第に容量は増大す
る。この化成終了時点の鉄極容量は大きく、一度
化成すれば寿命に達するまでこの高容量は保持さ
れる。

この必要化成回数は、電極製造条件、電解液組
成などの他に、電池の構成法、とくに鉄極とニツ
ケル極の間隔の大小により大きな影響を受ける。
すなわち、鉄極周辺にある電解液量の差、あるい
は発生するガスの散逸の難易さに関係する。電極
間隔の小さい高エネルギ密度形の電池において
は、化成回数として10サイクル以上を必要とする
場合もある。

この対策として種々の方法が提案されている。
たとえば電解液組成、電池温度、あるいは充電電
流および電流波形の最適化などであり、また電極
をあらかじめ別電槽に入れて化成を行つた後所定
の電槽に組み込む別電槽化成方式もある。しか
し、これらの方法だけでは不充分である。また後
者の別電槽方式では鉄極、ニツケル極とも化成
後、水洗、乾燥の工程が必要となり、作業工程が
複雑になるので好ましくない。

本発明は、ニツケル―鉄電池、とくに電極間の
間隔が狭く化成回数を多く必要とする高エネルギ
密度形ニツケル―鉄電池の化成に要する時間を減
少させるための極めて有効な化成方法に関する。
すなわち通常の化成は、満充電・完全放電を１サ
イクルとしてこれを繰り返し行つているが、この
法では、たとえば10時間率の電流とすれば、化成
１サイクルに一昼夜かかるので、化成のために通
常１週間以上、とくに高エネルギ密度形ニツケル
―鉄電池では10日間以上必要となる。

本発明者らは、まず鉄極を完全放電した後に、
この放電容量よりは少ない電気量、たとえば放電
容量の５〜35％相当の電気量の充電を行い、つい
で完全放電するという充放電を数サイクル繰り返
し、ついで満充電後完全放電する通常の化成サイ
クルを繰り返すことにより、短期間に化成効果を
高めて化成に要する期間を著しく減少させること
ができることを見出した。すなわち、この電池の
ニツケル極は通常の化成で簡単に高容量を得るこ
とができるが、鉄極は繰り返し充放電を行うこと
により高利用率になる。最も効果的に高利用率化
する方法として、鉄極の完全放電後に少量充電し
放電すると、前回の完全放電で放電できなかつた
部分が新しく放電される現象を見出したのであ
る。

このような完全放電後に少量充電し放電する条
件で鉄極の利用率を高めることができるのは、少
量充電後の放電容量が理論充電容量の110〜120％
を示すことにより充分に推測できる。さらに従来
の満充電・完全放電の化成を繰り返すと、ニツケ
ル極あるいは鉄極が若干厚くなつてきて電極間の
間隔が減少しますます化成しにくくなるが、本発
明の少量充電し放電する化成方法では、電極が厚
くなる前に鉄極の利用率を充分に高めることがで
きる。したがつて、本発明はニツケル―鉄電池の
化成に要する時間を著しく減少させる極めて有効
な化成方法である。

以下本発明をその実施例により説明する。

鉄極として325メツシユの電解鉄粉を800℃の水
素気流中に30分間保つて製作した焼結式電極を用
いた。その大きさは54×48mm、厚さは約1.0mm、
多孔度は約63％である。一方ニツケル極は多孔度
95％のニツケル発泡体に活物質の水酸化ニツケル
粉末、導電材として少量のニツケル粉末、少量の
コバルト粉末の混合物を直接機械的に充てんしフ
ツソ樹脂で補強して製作した電極である。その大
きさは鉄極と同一であり、厚さは1.3mmである。

電池構成は、ニツケル極５枚と鉄極４枚をポリ
プロピレン織布からなるセパレータを介して交互
に並べて、内幅14.1mmのポリエチレン製電槽に挿
入した。鉄極の理論容量は30Ah、ニツケル極は
7.5Ahである。電解液には、27重量％のか性カリ
水溶液に20ｇ／の水酸化リチウムと5.0ｇ／
の硫化カリを添加したものを用いた。

上記構成の電池を４個Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ製作し
た。それらの理論容量はほぼ同一である。まず電
池Ａ，Ｂについては、１Ａの電流で12時間充電し
た後放電を行つたが、約4.5Ahで鉄極の放電が終
了した。一方電池Ｃ，Ｄは1Aの電流で15分間充
電した後放電を行つたが、すぐにニツケル極が転
極した。その後、さらに鉄極の完全放電まで通電
を続けた。その結果鉄極の容量は約6Ahとなつ
た。

その後電池Ａ，Ｃは1Aの電流で１時間充電し
て鉄極を完全放電する操作を４サイクル繰り返し
た後、1Aの電流で10時間充電して放電を行い、
それ以降は前回の放電容量の170％相当の電気量
充電して放電する通常の化成法を繰り返した。ま
た電池Ｂ，Ｄは１サイクル目の放電後、通常の化
成法を1Aの電流で繰り返した。

第１図は上記電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの充放電サイ
クルに伴う鉄極の放電容量の変化を示す。

上記の電池Ａ，Ｃにおける1Aの電流で１時間
充電後鉄極を完全放電する操作を４サイクル繰り
返した時間は、通常の満充電後放電する場合の１
サイクルに相当する時間である。したがつて、こ
の短時間充電の繰り返しを通常の充放電の１サイ
クルと換算すると、電池Ｂでは鉄極の放電容量が
ニツケル極の放電容量と等しくなるには12サイク
ル必要であり、電池Ｄのニツケル極を転極させる
方法では８サイクル必要としたが、電池Ａでは６
サイクル、電池Ｃでは４サイクルと大幅に化成時
間が減少している。

次に、短時間充電の最適条件を求めるために、
上記電池を６個製作し、1Aの電流で15分間充電
してニツケル極を転極させた後、鉄極を完全放電
させた。その鉄極の放電容量は全セルとも約6Ah
でほぼ同一であつた。その後1Aの電流で各々12
分間、36分間、１時間、1.5時間、２時間、３時
間充電して放電するサイクルを約一昼夜連続して
行い、その後1Aの電流で12時間充電して放電す
る操作を繰り返し、ニツケル極容量の約7.5Ahに
なるまでのサイクル数を調べた。その結果を第２
図に示す。

前記の各充電時間12分間、36分間、１時間、
1.5時間、２時間、３時間の充電々気量はそれぞ
れ放電容量の3.3、10，16.7，25，33.3、50％に相
当する。

上記の結果から明らかなように、鉄極を完全放
電した後、少量の電気量、例えば、放電容量の約
５〜35％相当の電気量充電し、完全放電する操作
を数サイクル繰り返し、その後通常の化成を２〜
３サイクル行うと鉄極の容量はニツケル極の容量
以上となる。この方法によれば、化成時間は通常
の化成方法の半分以下となる。

化成必要時間を短縮させるその他の方法とし
て、すでに示したように充放電電流を大きくする
ことが当然考えられる。通常化成電流は、３〜10
時間率に相当する値が選ばれている。これ以上の
高率充放電を行うと、放電の深さが浅くなる。す
なわち活物質の利用率が低くなり化成効果は低下
する。そのため１サイクルの化成に要する時間は
短くなるが、化成に要する時間合計は逆に長くな
る。さらに大電流、大電力を要すること、電池寿
命にも悪影響を及ぼすことなどから、高率化成は
好ましくない。

なお本発明の化成電流としても約３〜10時間率
の範囲内が好ましい。

実施例では焼結式鉄極の場合について述べた
が、本発明の方法はポケツト式鉄極の場合にも適
用することができ、同様な効果が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種の化成方法による鉄極放電容量の
変化を示す図、第２図は化成時の充電割合と鉄極
が所定放電容量に達するに必要な化成サイクル数
との関係を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極を完全放電した後に、少量の電気量充電
   し完全放電する充放電サイクルを数サイクル繰り
   返し、ついで満充電後完全放電するサイクルを繰
   り返すことを特徴とするニツケル―鉄電池の化成
   方法。 ２ 鉄極の完全放電後に施す少量充電時の電気量
   が、放電容量の５〜35％である特許請求の範囲第
   １項記載のニツケル―鉄電池の化成方法。