JP2000277101A - アルカリ二次電池用正極及びアルカリ二次電池 - Google Patents

アルカリ二次電池用正極及びアルカリ二次電池

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JP2000277101A
JP2000277101A JP11077797A JP7779799A JP2000277101A JP 2000277101 A JP2000277101 A JP 2000277101A JP 11077797 A JP11077797 A JP 11077797A JP 7779799 A JP7779799 A JP 7779799A JP 2000277101 A JP2000277101 A JP 2000277101A
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secondary battery
cobalt
powder
nickel hydroxide
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Katsuyuki Hata
勝幸 秦
Hiroyuki Takahashi
浩之 高橋
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FDK Twicell Co Ltd
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Toshiba Battery Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実用的なサイクル寿命を維持しつつ、過放電
後、再充電時の容量回復率が向上されたアルカリ二次電
池を提供する。 【解決手段】 水酸化ニッケルと、Cの含有量が10〜
500ppmである酸化コバルトとを含む正極2を備え
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ二次電池
用正極及びアルカリ二次電池に係わるものである。
【0002】
【従来の技術】アルカリ二次電池としては、ニッケルカ
ドミウム二次電池とニッケル水素二次電池が知られてい
る。近年、パーソナルコンピュータや携帯電話の普及に
より高容量な二次電池の重要が高まっていることと、環
境問題とからニッケル水素二次電池が主流になってきて
いる。また、最近では、従来のガソリンエンジンに替わ
る電気自動車(EV)やアシスト形の電気自動車(HE
V)の開発が盛んになってきており、これらの電源とし
てニッケル水素二次電池が使用されている。
【0003】ニッケル水素二次電池の正極は、例えば、
水酸化ニッケル粉末、結着剤及び導電補助剤を水の存在
下で混練してペーストを調製し、前記ペーストを集電体
に充填し、乾燥し、圧延後、所望の寸法に裁断すること
により作製される。前記導電補助剤としては、例えば、
一酸化コバルト、水酸化コバルト等のコバルト化合物、
金属コバルトなどが挙げられる。
【0004】前記正極に含まれる導電補助剤は、電池組
み立て後、アルカリ電解液に溶解し、初充電などにより
CoOOHのような導電性コバルト化合物に変換され、
水酸化ニッケルの電子伝導性を高める役割をなす。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな正極を備えたニッケル水素二次電池は、過放電によ
り導電性コバルト化合物が還元され、正極利用率が低下
するため、過放電後、再充電した際の放電容量が低いと
いう問題点がある。
【0006】本発明の目的は、実用的なサイクル寿命を
維持しつつ、過放電後、再充電時の容量回復率が向上さ
れたアルカリ二次電池用正極及びアルカリ二次電池を提
供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水酸化
ニッケルと、Cの含有量が10〜500ppmである酸
化コバルトとを含むことを特徴とするアルカリ二次電池
用正極が提供される。
【0008】本発明によれば、水酸化ニッケルと、Cの
含有量が10〜500ppmである酸化コバルトとを含
む正極を備えることを特徴とするアルカリ二次電池が提
供される。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るアルカリ二次
電池用正極及びアルカリ二次電池を図1を参照して詳細
に説明する。
【0010】すなわち、有底円筒状の容器1内には、正
極2とセパレータ3と負極4とを積層してスパイラル状
に捲回することにより作製された電極群5が収納されて
いる。前記負極4は、前記電極群5の最外周に配置され
て前記容器1と電気的に接触している。アルカリ電解液
は、前記容器1内に収容されている。中央に孔6を有す
る円形の第1の封口板7は、前記容器1の上部開口部に
配置されている。リング状の絶縁性ガスケット8は、前
記封口板7の周縁と前記容器1の上部開口部内面の間に
配置され、前記上部開口部を内側に縮径するカシメ加工
により前記容器1に前記封口板7を前記ガスケット8を
介して気密に固定している。正極リード9は、一端が前
記正極2に接続、他端が前記封口板7の下面に接続され
ている。帽子形状をなす正極端子10は、前記封口板7
上に前記孔6を覆うように取り付けられている。ゴム製
の安全弁11は、前記封口板7と前記正極端子10で囲
まれた空間内に前記孔6を塞ぐように配置されている。
中央に穴を有する絶縁材料からなる円形の押え板12
は、前記正極端子10上に前記正極端子10の突起部が
その押え板12の前記穴から突出されるように配置され
ている。外装チューブ13は、前記押え板12の周縁、
前記容器1の側面及び前記容器1の底部周縁を被覆して
いる。
【0011】次に、前記正極2、負極4、セパレータ3
および電解液について説明する。 1)正極2 この正極2は、水酸化ニッケル粉末及びCの含有量が1
0〜500ppmである酸化コバルト粉末を含む合剤が
集電体に保持された構造を有する。
【0012】前記水酸化ニッケル粉末としては、例え
ば、水酸化ニッケルのみからなる粉末、または亜鉛およ
び/またはコバルトが共晶された水酸化ニッケル粉末を
用いることができる。後者の水酸化ニッケル粉末を含む
正極は、サイクル特性を高めることができ、かつ高温状
態における充電効率を更に向上することが可能になる。
【0013】酸化コバルト粉末としては、例えば、一酸
化コバルト(CoO)のみからなる粉末、三酸化二コバ
ルト(Co2 3 )もしくは四三酸化コバルト(Co3
4)を含む一酸化コバルト粉末等を挙げることができ
る。
【0014】前記酸化コバルト粉末中のCの含有量を前
記範囲に規定するのは次のような理由によるものであ
る。Cの含有量を10ppm未満にすると、過放電後、
再充電時の容量回復率を十分に高めることが困難にな
る。一方、Cの含有量が500ppmを越えると、過充
電時に発生する酸素ガスによりCが酸化されることで生
じるK2 CO3 の生成量が多くなるため、アルカリ電解
液の導電性が低下し、充放電サイクル寿命が低下する。
Cの含有量のより好ましい範囲は、10〜300ppm
である。
【0015】前記酸化コバルト粉末の平均粒径は、0.
1〜10μmの範囲にすることが望ましい。これは次の
ような理由によるものである。平均粒径を0.1μm未
満にすると、前記酸化コバルト粉末が空気中に曝された
際に酸化が進行しやすくなる。一方、平均粒径が10μ
mを越えると、前記酸化コバルト粉末のアルカリ電解液
への溶解性が低下するため、過放電後、再充電時の容量
回復率を十分に向上させることが困難になる可能性があ
る。
【0016】特定量のCを含有する酸化コバルト粉末
は、例えば、表面の少なくとも一部に有機化合物系酸化
防止剤が付着した水酸化コバルト粉末を焼成することに
より作製される。
【0017】前記集電体としては、例えば、パンチドメ
タル、エキスパンドメタル、金網等の2次元構造を有す
る導電性基板、発泡メタル、繊維状三次元基板等を挙げ
ることができる。
【0018】前記正極は、合剤中に結着剤を含んでいる
ことが好ましい。前記結着剤としては、例えば、ポリテ
トラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、
メチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウムやポリア
クリル酸カリウムなどのポリアクリル酸塩、ポリビニル
アルコール、スチレンブタジエンゴム(SBR)等を挙
げることができる。
【0019】前記正極は、例えば、水酸化ニッケル粉末
に前述した特定量のCを含有する酸化コバルト粉末を添
加し、結着剤および水と共に混練してペーストを調製
し、このペーストを集電体に充填し、乾燥した後、成形
することにより作製される。
【0020】2)負極4 この負極4は、負極活物質、導電材及び結着剤を水と共
に混練してペーストを調製し、前記ペーストを導電性基
板に充填し、乾燥した後、成形することにより製造され
る。
【0021】前記負極活物質としては、例えば、水素吸
蔵合金を挙げることができる。
【0022】前記水素吸蔵合金は、格別制限されるもの
ではなく、電解液中で電気化学的に発生させた水素を吸
蔵でき、かつ放電時にその吸蔵水素を容易に放出できる
ものであればよい。例えば、LaNi5 、MmNi
5 (Mmはミッシュメタル)、LmNi5 (LmはLa
を含む希土類元素から選ばれる少なくとも一種)、これ
ら合金のNiの一部をAl、Mn、Co、Ti、Cu、
Zn、Zr、Cr、Bのような元素で置換した多元素系
のもの、またはTiNi系、TiFe系のものを挙げる
ことができる。特に、一般式LmNiw Cox Mny
z (原子比w,x,y,zの合計値は5.00≦w+
x+y+z≦5.50である)で表される組成の水素吸
蔵合金は充放電サイクルの進行に伴う微粉化を抑制して
充放電サイクル寿命を向上できるための好適である。
【0023】前記導電材としては、例えばカーボンブラ
ック、黒鉛等を挙げることができる。
【0024】前記結着剤としては、前述した正極で説明
したのと同様なものを挙げることができる。
【0025】前記導電性基板としては、例えばパンチド
メタル、エキスパンデッドメタル、ニッケルネットなど
の二次元基板や、前記二次元基板に凹凸が形成されたも
のからなる2.5次元基板、フェルト状金属多孔体や、
スポンジ状金属多孔体などの三次元基板を挙げることが
できる。
【0026】3)セパレータ3 このセパレータ3としては、例えば、ポリアミド繊維製
不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレ
フィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したものを挙
げることができる。
【0027】4)アルカリ電解液 前記アルカリ電解液としては、例えば、水酸化ナトリウ
ム(NaOH)の水溶液、水酸化リチウム(LiOH)
の水溶液、水酸化カリウム(KOH)の水溶液、NaO
HとLiOHの混合液、KOHとLiOHの混合液、K
OHとLiOHとNaOHの混合液等を用いることがで
きる。
【0028】なお、前述した図1においては、正極及び
負極の間にセパレータを介在し、これを渦巻状に捲回す
ることにより作製された電極群を容器内に収納したが、
例えば、正極と負極とをその間にセパレータを介在して
交互に重ねることによって作製された積層物を有底矩形
筒状の容器内に収納してもよい。
【0029】以上説明したように本発明に係るアルカリ
二次電池用正極は、水酸化ニッケルと、Cの含有量が1
0〜500ppmである酸化コバルトとを含む。このよ
うな正極を備えたアルカリ二次電池は、実用的なサイク
ル寿命を維持しつつ、高温環境下での保管あるいは長期
間に亘る保管などで過放電が生じた際、再充電時の容量
回復率を向上することができる。
【0030】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。
【0031】(実施例1) <正極の作製>表面に有機化合物系酸化防止剤としての
ビタミンCが付着した水酸化コバルト粉末を大気中で焼
成することによりCの含有量が50ppmで、平均粒径
が1.0μmの一酸化コバルト粉末を作製した。
【0032】水酸化ニッケル粉末90重量%に対して前
記一酸化コバルト粉末を10重量%添加し、ポリテトラ
フルオロエチレン5重量%及びカルボキシメチルセルロ
ース3重量%からなる結着剤及び水45重量%をさらに
添加し、混練することによりペーストを調製した。この
ペーストを集電体である3次元繊維基板に充填し、乾燥
した後、圧延成形し、正極リードを溶接することにより
正極を作製した。
【0033】<負極の作製>水素吸蔵合金粉末100重
量%に、ポリテトラフルオロエチレン1.5重量%、ポ
リアクリル酸ナトリウム0.5重量%及びカルボキシメ
チルセルロース0.12重量%からなる結着剤と、導電
剤としてカーボンブラック1重量%と、水50重量%と
を添加し、混練することによりペーストを調製した。こ
のペーストをパンチドメタルに塗布、乾燥した後、加圧
成形することによって負極を作製した。
【0034】次いで、前記正極と前記負極との間にセパ
レータとして親水性処理が施されたポリオレフィン製不
織布を介装して渦巻状に捲回して電極群を作製した。こ
の電極群を有底円筒状容器内に収納した後、KOHを主
体とするアルカリ電解液を2.5ml注入し、封口処理
等を行うことによりAAサイズ(理論容量;1200m
Ah)の円筒形ニッケル水素二次電池を組み立てた。
【0035】(実施例2〜5及び比較例1〜2)水酸化
コバルト粉末の酸化防止剤の付着量を変化させることに
よりCの含有量が10ppm(実施例2)、100pp
m(実施例3)、300ppm(実施例4)、500p
pm(実施例5)、700ppm(比較例1)、800
ppm(比較例2)である一酸化コバルト粉末を作製し
た。
【0036】このような一酸化コバルト粉末を用いるこ
と以外は、前述した実施例1と同様にして円筒形ニッケ
ル水素二次電池を組み立てた。
【0037】(比較例3)酸化防止剤が無添加の水酸化
コバルト粉末を大気中で焼成することによりCを含まな
い一酸化コバルト粉末を作製した。この一酸化コバルト
粉末を用いること以外は、前述した実施例1と同様にし
て円筒形ニッケル水素二次電池を組み立てた。
【0038】得られた実施例1〜5及び比較例1〜3の
二次電池について、初充放電を施した後、1CAの電流
で−dV(10mV)充電し、10オームの抵抗を負荷
した状態で完全放電させた。次いで、1CAの電流で−
dV(10mV)充電した後、1.2Aの電流で1.0
Vまで放電した際の放電容量を測定し、下記(1)式よ
り完全放電後、再充電時の容量回復率を算出し、その結
果を図2に示す。
【0039】 容量回復率(%)=(C1/C0)×100 …(1) 但し、(1)式において、C0は完全放電を行う前、1
CAの電流で−dV(10mV)充電し、1.2Aの電
流で1.0Vまで放電した際の放電容量、C1は完全放
電後、1CAの電流で−dV(10mV)充電し、1.
2Aの電流で1.0Vまで放電した際の放電容量を示
す。
【0040】また、実施例1〜5及び比較例1〜3の二
次電池について、初充放電を施した後、1CAの電流で
−dV(10mV)充電し、1.2Aの電流で1.0V
まで放電する充放電サイクルを繰り返し、サイクル寿命
を測定し、その結果を図2に示す。但し、サイクル寿命
は、放電容量が初期容量の80%に低下したサイクル数
である。
【0041】図2から明らかなように、Cの含有量が1
0〜500ppmの一酸化コバルト粉末を含む正極を備
えた実施例1〜5の二次電池は、サイクル寿命及び完全
放電後の容量回復率の双方が優れていることがわかる。
これに対し、Cの含有量が前記範囲を超える一酸化コバ
ルト粉末を含む正極を備えた比較例1,2の二次電池
は、サイクル寿命及び完全放電後の容量回復率の双方が
実施例1〜5に比べて低いことがわかる。また、Cを含
まない一酸化コバルト粉末を含む正極を備えた比較例3
の二次電池は、完全放電後の容量回復率が実施例1〜5
に比べて低いことがわかる。
【0042】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、実
用的なサイクル寿命を維持しつつ、過放電後、再充電時
の容量回復率が向上されたアルカリ二次電池用正極及び
アルカリ二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るアルカリ二次電池の一例を示す部
分切欠斜視図。
【図2】実施例1〜5及び比較例1〜3のニッケル水素
二次電池における一酸化コバルト粉末のCの含有量を変
化させた際のサイクル寿命及び過放電後の容量回復率を
示す特性図。
【符号の説明】
1…容器、 2…正極、 3…セパレータ、 4…負極、 5…電極群、 7…封口板、 8…絶縁ガスケット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H003 AA02 AA04 BB02 BB04 BD04 5H016 AA02 EE01 EE04 EE05 HH01 5H028 AA02 EE01 EE04 EE05 EE08 HH01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水酸化ニッケルと、Cの含有量が10〜
    500ppmである酸化コバルトとを含むことを特徴と
    するアルカリ二次電池用正極。
  2. 【請求項2】 水酸化ニッケルと、Cの含有量が10〜
    500ppmである酸化コバルトとを含む正極を備える
    ことを特徴とするアルカリ二次電池。
JP11077797A 1999-03-23 1999-03-23 アルカリ二次電池用正極及びアルカリ二次電池 Pending JP2000277101A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1777287A1 (de) * 2005-10-21 2007-04-25 Symrise GmbH & Co. KG Allergiereduktion in Parfümölen und Duftstoffen
WO2013119608A1 (en) * 2012-02-07 2013-08-15 Ovonic Battery Company, Inc. Rechargeable battery cell with improved high temperature performance

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