JP2002313432A - ニッケル水素蓄電池 - Google Patents
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Abstract
制することで長寿命化を図ったニッケル水素蓄電池を提
供する。 【解決手段】 正極に水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵
合金を有するニッケル水素蓄電池において、負極の水素
吸蔵合金の水素吸蔵量が、合金自身の持つ水素吸蔵量の
20〜60%となるように充放電するようにした。
Description
に関し、特にその長寿命化を図ったニッケル水素蓄電池
に関するものである。
すように、水酸化ニッケルを正極活物質とする正極板と
水素吸蔵合金を負極構成材とする負極板をセパレータを
介して積層してなる発電要素である極板群3を電解液と
共に電槽2内に収容し、各電槽2の開口部を安全弁4を
設けた蓋5で閉じ、極板群3を構成する各正極板の一側
部上端から上方にリード6を引き出してその上部に正極
端子7を接続し、また同様に各負極板の他側部上端から
上方にリード6を引き出してその上部に負極端子8を接
続し、これら正極端子7及び負極端子8を蓋5に取付け
て構成したものが知られている。
金を有するこの種のニッケル水素蓄電池においては、正
極容量の0〜100%の使用範囲で、水素吸蔵合金にお
ける水素吸蔵能力の10〜80%程度の使用範囲となる
ように構成され、水素吸蔵能力の0〜10%程度を放電
リザーブ、80〜100%程度を充電リザーブとして設
定しているのが通例である。
においては、満充電し、完全に放電するという使用形態
が許容され、正極容量の0〜100%の範囲で使用され
ていた。
に水素吸蔵合金の水素吸蔵能力範囲の両端部に放電リザ
ーブと充電リザーブが設けられたニッケル水素蓄電池に
おいても、満充電し、完全に放電するという使用形態を
とっていると、水素吸蔵合金に充電時の膨張で割れが発
生したり、充放電により腐食が進行し、サイクル寿命が
十分でないという問題があり、より長寿命化を図ること
が望まれている。
吸蔵合金の水素吸蔵能力の使用範囲を規制することで長
寿命化を図ったニッケル水素蓄電池を提供することを目
的としている。
電池は、正極に水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金を
有するニッケル水素蓄電池であって、負極の水素吸蔵合
金の水素吸蔵量が合金自身の持つ水素吸蔵量の20〜6
0%の範囲で充放電するようにしたものであり、水素吸
蔵量を20〜60%に制限したことにより蓄電池の寿命
を決める負極の水素吸蔵合金の割れや腐食を抑制するこ
とができ、それによって蓄電池の充放電可能な総電気量
が延び、蓄電池としての寿命特性が向上し、長期間にわ
たって信頼性の高い蓄電池を得ることができる。
生し難いため、通常は平均粒径が25〜30μmの水素
吸蔵合金を用いるのに対して、平均粒径が10〜25μ
mの粒径の小さい水素吸蔵合金を使用することができ、
それによって表面積が大きくなって高負荷に対応できる
ニッケル水素蓄電池を得ることができる。
容量当たり1.5g/Ah程度であるが、水素吸蔵合金
をフル使用しないのでガス吸収限界に余裕ができて負極
容量当たり1.5〜3g/Ahとすることができ、そう
するとアルカリ電解液の減少による寿命低下を抑制する
ことができる。
当たり45〜65cm2 /Ahとすることにより、高出
力化と長寿命化を達成することができる。
池の一実施形態について、図1を参照して説明する。な
お、ニッケル水素蓄電池の構成そのものについては、図
2を参照して説明したものと基本的に同一であり、その
説明を援用する。
ッケルに、水酸化ニッケルを主成分とする正極材料を充
填し、未充填部にニッケルリードを配し、容量が1A
h、反応面積が片面39.3cm2 の正極板を形成し
た。また、5mm幅の無地部を端部に設けたパンチング
メタルに、平均粒径20μmの水素吸蔵合金を主成分と
する負極材料を塗着し、無地部にニッケルリードを配
し、容量が1.25Ah、反応面積が片面39.3cm
2 の負極板を形成した。
さたれ袋状セパレータを被せ、これら正極板7と負極板
8とを交互に重ね合わせて極板群3を形成し、合成樹脂
製の電槽2に収容配置した。また、外部端子との接続は
各極板に配したニッケルリード6を集め、上部で抵抗溶
接を用いて正極と負極の極端子7、8と接合し、水酸化
カリウムを主成分とする電解液を20g注液して電槽2
を安全弁4を有する蓋5で封止してニッケル水素蓄電池
1を構成した。
行った。容量は約7Ahである。このようにして構成し
た蓄電池を用いて寿命試験を行った。なお、この蓄電池
の放電リザーブは約1Ahになるように正極にコバルト
を添加してある。
いて各種条件で充放電試験を行い、その際のサイクル寿
命特性と出力特性について調べた。
Aの電流で5時間充電し、2サイクル目からは放電は1
Aで4時間、充電は1Aで4時間4分行うという条件と
した。このとき、負極合金の充放電に用いられる幅は約
20%から60%である。
7時間充電し、放電は1Aで電圧が1Vに至るまで放電
するという条件とした。このとき、負極合金の充放電に
用いられる幅は約10%から80%である。
す。従来例の条件であると、1500サイクルで、容量
比率が65%に至り、寿命となった。それに対し、実施
例では6000サイクル経過後も容量が維持されてお
り、寿命特性が格段に改善されることが分かった。1サ
イクルの放電容量が従来例では約7Ah、実施例では約
4Ahであるが、それを加味しても、総放電容量は実施
例の方が大きいことが分かる。
m、10μm、15μm、20μm、25μm、30μ
m、35μmと変化させた負極板を用いて実験例1と同
様の電池を作成し、実験例1と同様の寿命試験を行っ
た。また、各電池の出力特性を測定した。出力特性は各
電池をSOC60%に調整後、大電流放電し、1Vに至
るまでの時間が10秒以上維持できる電流値に1Vを乗
じて出力とした。単位はWである。また、測定値は10
個(n=10)の電池についての平均値である。その試
験結果を、表1に示す。
すぎて反応できる表面積が少ないことにより出力特性が
低下することが分かる。8μmであると、合金が細かく
なりすぎ、合金間の電子電導性が低下し、また表面積が
大きくなりすぎることから腐食反応が進行し、寿命特性
が低下することが分かる。これらの事から、寿命特性が
5000サイクル以上、出力特性が130W以上を確保
するのに粒径10〜25μmが適切であることが分か
る。
0.7g/Ah、1g/Ah、1.5g/Ah、2g/
Ah、3g/Ah、3.5g/Ahと変化させて実験例
1と同様の電池を作成し、実験例1と同様の寿命試験を
行った。また、各電池の出力特性を実験例2と同様に測
定した。
hであると、液量が多すぎて弁作動が頻繁に起こり、活
物質である水素ガスが電池系外に放出され、正負極のバ
ランスが崩れて寿命が短くなった。0.7g/Ahであ
ると、液量が少なすぎ、合金間の電子導電性が低下し、
出力、寿命特性が著しく低下し、1g/Ahでもその傾
向が残る。かくして、寿命特性が5000サイクル以
上、出力特性が130W以上を確保するのに注液量が
1.5〜3g/Ahが適切であることが分かる。
との反応面積を40cm2 /Ah、45cm2 /Ah、
55cm2 /Ah、65cm2 /Ah、70cm2 /A
hと変化させて実験例1と同様の電池を作成し、実験例
1と同様の寿命試験を行った。また、各電池の出力特性
を実験例2と同様に測定した。
Ahであると、反応面積が少なすぎて反応できる面積が
少ないことにより、寿命特性も出力特性も低下した。7
0cm2 /Ahであると、反応面積が多くなりすぎ、表
面積が大きくなりすぎることから腐食反応が進行し、寿
命特性が低下した。かくして、寿命特性が5000サイ
クル以上、出力特性が130W以上を確保するのに負極
と正極との反応面積が45〜65cm2 /Ahが適切で
あることが分かる。
以上の説明から明らかなように、負極の水素吸蔵合金の
水素吸蔵量が合金自身の持つ水素吸蔵量の20〜60%
の範囲で充放電するようにしたことにより、蓄電池の寿
命を決める負極の水素吸蔵合金の割れや腐食を抑制する
ことができ、それによって蓄電池の充放電可能な総電気
量が延び、蓄電池としての寿命特性が向上し、長期間に
わたって信頼性の高い蓄電池を得ることができる。
小さい水素吸蔵合金を使用することができ、それによっ
て表面積が大きくなって高負荷に対応できるニッケル水
素蓄電池を得ることができる。
でガス吸収限界に余裕ができ、アルカリ電解液の液量を
負極容量当たり1.5〜3g/Ahとすることができ、
アルカリ電解液の減少による寿命低下を抑制することが
できる。
当たり45〜65cm2 /Ahとすることにより、高出
力化と長寿命化を達成することができる。
蓄電池の寿命試験結果を示すグラフである。
視図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 正極に水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵
合金を有するニッケル水素蓄電池であって、負極の水素
吸蔵合金の水素吸蔵量が合金自身の持つ水素吸蔵量の2
0〜60%の範囲で充放電するようにしたことを特徴と
するニッケル水素蓄電池。 - 【請求項2】 水素吸蔵合金の平均粒径が10〜25μ
mであることを特徴とする請求項1記載のニッケル水素
蓄電池。 - 【請求項3】 アルカリ電解液の液量が負極容量当たり
1.5〜3g/Ahであることを特徴とする請求項1記
載のニッケル水素蓄電池。 - 【請求項4】 負極の正極との対向面積が負極容量当た
り45〜65cm2/Ahであることを特徴とする請求
項1記載のニッケル水素蓄電池。
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