JP2000188125A - 密閉形アルカリ蓄電池の製造方法 - Google Patents

密閉形アルカリ蓄電池の製造方法

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JP2000188125A
JP2000188125A JP10376343A JP37634398A JP2000188125A JP 2000188125 A JP2000188125 A JP 2000188125A JP 10376343 A JP10376343 A JP 10376343A JP 37634398 A JP37634398 A JP 37634398A JP 2000188125 A JP2000188125 A JP 2000188125A
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JP
Japan
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cobalt
positive electrode
cobalt compound
charge
nickel hydroxide
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JP10376343A
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English (en)
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Hideki Sasaki
佐々木  秀樹
Toshio Murata
利雄 村田
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Japan Storage Battery Co Ltd
Sanyo GS Soft Energy Co Ltd
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Japan Storage Battery Co Ltd
GS Melcotec Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正極に添加したコバルト化合物の効果が充分
に発揮でき、水酸化ニッケル正極の充放電性能を向上す
ることができる密閉形アルカリ蓄電池の製造方法を提供
する。 【解決手段】 化成充電により3価のコバルト化合物と
なるコバルト化合物および/または金属コバルトが添加
された水酸化ニッケルを活物質の主体とする正極と、負
極と、セパレータとアルカリ性電解液とを備えた密閉形
アルカリ蓄電池の製造方法において、正極に添加された
コバルト化合物および/または金属コバルトが3価のコ
バルト化合物に酸化されるのに必要な電気量をC1(m
Ah)、活物質の水酸化ニッケルの理論容量をC2(m
Ah)としたときに、その化成初充電における充電率が
C1の0.5CmA以下、雰囲気温度が28〜55℃
で、電気量が(C1+C2×0.01)〜(C1+C2
×0.3)mAhとなるように化成初充電を行う密閉形
アルカリ蓄電池の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化成充電により3
価のコバルト化合物となるコバルト化合物および/また
は金属コバルトが添加された水酸化ニッケル正極を有し
た密閉形アルカリ蓄電池の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の携帯電話、ビデオカメラあるいは
ヘッドホンステレオ等の種々の小型携帯機器の普及にと
もない、それらの電源としてアルカリ蓄電池は重要な役
割を果たしている。アルカリ蓄電池としては、従来よ
り、水酸化ニッケル正極と、カドミウム負極を用いたニ
ッケル・カドミウム蓄電池が用いられてきたが、最近で
は、カドミウムよりも高容量な水素吸蔵合金を負極に用
いたニッケル・水素蓄電池も実用化されている。
【0003】これらの正極板には、従来、ニッケル粉末
を穿孔鋼板に焼結してなる焼結基板に水酸化ニッケル活
物質を含浸して製作される焼結式正極板が用いられてき
た。しかしながら、焼結基板の多孔度が80%程度であ
ることから、焼結式正極板の高容量化には限界があっ
た。
【0004】そこで、発泡ニッケル等の高多孔度の3次
元多孔体の基板に、粉末状の水酸化ニッケルを種々の添
加物と混合した活物質ペーストを充填して製作されるペ
ースト式正極板の開発が進められており、高容量化が達
成されている。しかしながら、発泡ニッケル等の3次元
多孔体は焼結基板よりも空孔径が大きいため、極板の導
電性が低くなり、充放電性能が低下する問題がある。こ
の問題を改善することを目的として、グラファイトや金
属ニッケル、および酸化コバルト、水酸化コバルトある
いは金属コバルト等のコバルト化合物を導電剤として添
加する方法や、前記の導電剤によって水酸化ニッケルを
被覆する方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】正極に添加した酸化コ
バルト等のコバルト化合物は、アルカリ性電解液に溶解
してコバルト錯イオンとなり、水酸化コバルトとして水
酸化ニッケル活物質表面あるいは活物質同士の隙間等に
析出し、化成初充電によって安定な高次の酸化物である
オキシ水酸化コバルトに変化し、導電剤として作用する
ため、水酸化ニッケル正極の充放電性能を向上させるも
のと考えられている。また、コバルト化合物で水酸化ニ
ッケルを被覆した場合にも、前記と同様にオキシ水酸化
コバルトに変化して水酸化ニッケル正極の充放電性能を
向上する効果がある。
【0006】しかしながら、アルカリ蓄電池の充放電性
能は、化成初充電条件が適切でないと、水酸化ニッケル
正極の充放電性能が充分でないことがわかってきてお
り、これを解決することが課題となってきた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明密閉形アルカリ蓄
電池の製造方法は、化成充電により3価のコバルト化合
物となるコバルト化合物および/または金属コバルトが
添加された水酸化ニッケルを活物質の主体とする正極
と、負極と、セパレータとアルカリ性電解液とを備えた
密閉形アルカリ蓄電池の製造方法において、正極に添加
されたコバルト化合物および/または金属コバルトが3
価のコバルト化合物に酸化されるのに必要な電気量をC
1(mAh)、活物質の水酸化ニッケルの理論容量をC
2(mAh)としたときに、その化成初充電における充
電率がC1の0.5CmA以下、雰囲気温度が28〜5
5℃で、電気量が(C1+C2×0.01)〜(C1+
C2×0.3)mAhとなるように化成初充電を行うこ
と、また、前記の化成初充電をおこなってコバルト化合
物および/または金属コバルトおよび水酸化ニッケルの
一部を3価としたのち、初充電の電流値より大きい電流
で残りの水酸化ニッケルを充電することを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】前述したように、正極に添加した
酸化コバルト等のコバルト化合物は、アルカリ性電解液
に溶解してコバルト錯イオンとなり、水酸化コバルトと
して水酸化ニッケル活物質表面あるいは活物質同士の隙
間等に析出し、化成初充電によって安定な高次の酸化物
であるオキシ水酸化コバルトに変化し、導電剤として作
用する。
【0009】しかしながら、水酸化コバルトはその導電
性が小さいため、初充電時において正極内における電流
分布が不均一となりやすい。したがって、本発明のよう
に、コバルト化合物の酸化電気量C1の0.5CmA以
下で充電することにより、オキシ水酸化コバルトの導電
性ネットワークが良好に形成されるものと考えられる。
【0010】なお、オキシ水酸化コバルトのネットワー
クを形成が不充分にならないようにするためには、この
ときの電気量をC1mAh以上とすることが必要であ
る。
【0011】コバルト化合物が3価に酸化された後に
は、活物質である水酸化ニッケルがオキシ水酸化ニッケ
ルに充電される反応がおこる。水酸化ニッケルは水酸化
コバルトと同様にその導電性が小さいため、その充電初
期には電流分布が不均一となりやすいが、本発明のよう
に良好なオキシ水酸化コバルトの導電性ネットワークが
形成されるため、電流分布が均一となる。一方、充電電
流が小さすぎると、水酸化ニッケルの充電効率が低下し
て、競争反応である酸素ガスの発生がおこる。
【0012】密閉形アルカリ蓄電池では、この酸素ガス
を負極に吸収させることにより、電池の内圧が上昇する
のを抑制しているが、化成初充電時には負極の活性化が
不充分であり、ガス吸収性能も充分でないため、早期に
酸素ガス発生がおこるような条件は望ましくない。
【0013】また、化成初充電における電気量を(C1
+C2×0.5)mAh以上とすると、初充電さらには
化成全体の時間が長くなるため、生産性の低下につなが
り有効でない。したがって、化成初充電における電気量
は水酸化ニッケルの30%以下、すなわち(C1+C2
×0.3)mAh以下とすることが望ましく、好適な充
電電気量は、(C1+C2×0.01)〜(C1+C2
×0.3)mAhである。
【0014】また、このときの好適な温度範囲は、28
〜55℃である。温度が28℃未満の場合には、電解液
の浸透性が不充分となり、温度が55℃を超えると正極
の充電効率が低下して酸素ガス発生が早期におこり、前
述したのと同様に酸素ガスの吸収が不充分となったり、
コバルト化合物のオキシ水酸化コバルトへの酸化が阻害
されるためと思われる。
【0015】
【実施例】以下、本発明について、ニッケル・水素蓄電
池の実施例を用いて具体的に説明する。
【0016】少量のコバルトおよび亜鉛を共沈した平均
粒径が10μmの水酸化ニッケル粉末100重量部と、
水酸化コバルト粉末8重量部と、酸化亜鉛粉末5重量部
とを、0.4wt%カルボキシメチルセルロース水溶液
に分散させてペーストを調製した。多孔度95%の発泡
ニッケル(住友電工製、商品名セルメット)にペースト
を充填・乾燥・プレスすることにより、ペースト式水酸
化ニッケル正極板を製作した。この極板の寸法は、14
mm×38mm×0.65mmである。
【0017】組成がMmNi3.55Co0.75Mn0.4 Al
0.3 からなる水素吸蔵合金粉末100重量部と、導電剤
としてのカーボンブラック3重量部を1wt%ポリビニ
ルアルコール水溶液に分散させてペーストを調製した。
このペーストを、穿孔鋼板に塗布・乾燥・プレスするこ
とにより、ペースト式水素吸蔵合金負極板を製作した。
この極板の寸法は、15mm×39mm×0.50mm
である。
【0018】水酸化カリウムと水酸化ナトリウムと水酸
化リチウムの含有モル比率が6:1:0.5であるアル
カリ性水溶液を調整し、電解液として用いた。
【0019】ポリプロピレン製不織布にアクリル酸をグ
ラフト重合させて親水化処理をおこなって製作したセパ
レータにて前記の水酸化ニッケル正極板を包み込んだ。
この正極板3枚と、前記の水素吸蔵合金負極板4枚とを
交互に積層して極板群を製作し、これを電池缶に挿入
後、前記電解液を注液したのち封口して、正極に添加し
た水酸化コバルトが3価のオキシ水酸化コバルトに酸化
される電気量(C1)は48mAh、水酸化ニッケルの
理論容量(C2)が600mAhである密閉形ニッケル
・水素蓄電池を製作した。
【0020】この電池について、化成初充電条件が正極
活物質利用率におよぼす影響を調査した。
【0021】(実験1)これらの電池について、化成初
充電時の充電率の影響を調べるため、35℃において種
々の充電率にて108mAhの電気量、すなわちC1+
C2×0.1に相当する電気量の化成初充電をおこなっ
た。その後、25℃において0.2CmA(120m
A)で4時間充電した後、0.2CmA(120mA)
で電池の電圧が1.0Vまで放電した。
【0022】つぎに、25℃において0.2CmA(1
20mA)で8時間充電し、0.2CmA(120m
A)で電池の電圧が1.0Vまで放電するサイクルを3
サイクルおこなった。3サイクル目の放電容量を理論容
量の600mAhで除して、正極活物質利用率を求め
た。その結果を図1に示す。
【0023】図1より、初充電率がコバルト化合物の酸
化に必要な電気量(C1)に対して0.5CmA以下の
ときには95%を超える高い正極活物質利用率が得られ
たが、0.5CmAより高くなると90%未満の値しか
得られなかった。
【0024】(実験2)化成初充電時の温度の影響を調
べるため、種々の温度にて充電率がコバルト化合物の酸
化に必要な電気量(C1)に対して0.25CmA(1
2mA)で9時間(すなわち電気量は108mAh)の
化成初充電をおこなった。その後25℃において0.2
CmA(120mA)で4時間充電した後、0.2Cm
A(120mA)で電池の電圧が1.0Vまで放電し
た。
【0025】つぎに、25℃において0.2CmA(1
20mA)で8時間充電し、0.2CmA(120m
A)で電池の電圧が1.0Vまで放電するサイクルを3
サイクルおこなった。3サイクル目の放電容量を理論容
量の600mAhで除して、正極活物質利用率を求め
た。その結果を図2に示す。
【0026】図2より、温度が28℃から55℃の範囲
においては95%を超える高い正極活物質利用率が得ら
れたが、それより低い温度あるいは高い温度では90%
未満の値しか得られなかった。
【0027】(実験3)化成初充電時における水酸化ニ
ッケルに対する充電電気量の影響を調べるため、35℃
において充電率がコバルト化合物の酸化に必要な電気量
(C1)に対して0.25CmA(12mA)で、所定
時間充電して化成初充電をおこなった。その後25℃に
おいて0.2CmA(120mA)で4時間充電した
後、0.2CmA(120mA)で電池の電圧が1.0
Vまで放電した。
【0028】つぎに、25℃において0.2CmA(1
20mA)で8時間充電し、0.2CmA(120m
A)で電池の電圧が1.0Vまで放電するサイクルを3
サイクルおこなった。3サイクル目の放電容量を理論容
量の600mAhで除して、正極活物質利用率を求め
た。その結果を図3に示す。
【0029】図3より、温度が28℃から55℃の範囲
においては95%を超える高い正極活物質利用率が得ら
れたが、それより低いあるいは高い温度では90%未満
の値しか得られなかった。
【0030】なお、前述の実験1〜3では、初充電の後
の充放電を25℃でおこなったが、初充電と同じ温度範
囲すなわち20〜35℃の範囲であれば、密閉形アルカ
リ蓄電池の正極活物質利用率に悪影響をおよぼすことな
く適用が可能である。
【0031】正極は本実施例の水酸化ニッケル活物質に
限定されるものでなく、コバルト、亜鉛の他にもカドミ
ウム等を共沈させたものを用いることができるし、酸化
亜鉛の他の種々の化合物を添加したりすることによる正
極の性能を向上させる手段を妨げるものではない。ま
た、添加するコバルト化合物は、化成充電により3価の
コバルト化合物になるものであればよく、2種類以上の
ものを組み合わせたり、水酸化ニッケルを被覆する形で
添加されていてもよい。
【0032】また、負極には水素吸蔵合金としてMmN
i3.55Co0.75Mn0.4 Al0.3 からなる組成のものに
限らず、その他のAB5 型あるいはAB2 型等の水素吸
蔵合金を用いることができ、かつカドミウム、亜鉛、鉄
等を用いてアルカリ蓄電池を構成することもできる。
【0033】
【発明の効果】本発明の製造方法によるアルカリ蓄電池
は、正極において良好な導電性コバルトネットワークを
形成した高い正極活物質利用率を示すため、良好な放電
特性を示すという効果があり、その工業的価値は極めて
大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】初充電時のコバルト化合物の酸化に必要な電気
量(C1)に対する充電率と、正極活物質利用率の関係
を示した図
【図2】初充電時の温度と、正極活物質利用率の関係を
示した図
【図3】初充電時の電気量と、正極活物質利用率の関係
を示した図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H003 AA01 BA07 BB04 BD00 BD01 5H028 AA05 BB10 EE01 EE05 HH08 HH10

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化成充電により3価のコバルト化合物と
    なるコバルト化合物および/または金属コバルトが添加
    された水酸化ニッケルを活物質の主体とする正極と、負
    極と、セパレータとアルカリ性電解液とを備えた密閉形
    アルカリ蓄電池の製造方法において、正極に添加された
    コバルト化合物および/または金属コバルトが3価のコ
    バルト化合物に酸化されるのに必要な電気量をC1(m
    Ah)、活物質の水酸化ニッケルの理論容量をC2(m
    Ah)としたときに、その化成初充電における充電率が
    C1の0.5CmA以下、雰囲気温度が28〜55℃
    で、電気量が(C1+C2×0.01)〜(C1+C2
    ×0.3)mAhとなるように化成初充電を行うことを
    特徴とする密閉形アルカリ蓄電池の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の化成初充電をおこなって
    コバルト化合物および/または金属コバルトおよび水酸
    化ニッケルの一部を3価としたのち、初充電の電流値よ
    り大きい電流で残りの水酸化ニッケルを充電することを
    特徴とする密閉形アルカリ蓄電池の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010153261A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Panasonic Ev Energy Co Ltd ニッケル水素蓄電池の製造方法

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