JP2002313432A - ニッケル水素蓄電池 - Google Patents

ニッケル水素蓄電池

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 水素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。 【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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はニッケル水素蓄電池
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。
【0002】
【従来の技術】ニッケル水素蓄電池1として、図2に示
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。
【0003】正極に水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合
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。
【0004】そして、このようなニッケル水素蓄電池1
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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
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。
【0006】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、水素
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のニッケル水素蓄
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。
【0008】また、このように水素吸蔵合金の割れが発
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。
【0009】また、アルカリ電解液の液量は、通常負極
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。
【0010】また、負極の正極との対向面積を負極容量
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。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明のニッケル水素蓄電
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。
【0012】5mm幅の未充填部を端部に設けた発泡ニ
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。
【0013】正極板にポリプロピレン製の不織布で形成
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。
【0014】その後、活性化のため0.1Cで充放電を
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。
【0015】以上の基本構成のニッケル水素蓄電池を用
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。
【0016】(実験例1)実施例として、充電はまず1
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。
【0017】一方、従来例として、充電は1Aの電流で
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。
【0018】各電池のサイクル中の容量比率を図1に示
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。
【0019】(実験例2)負極合金の平均粒径を8μ
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。
【0020】
【表1】 この結果から、平均粒径が35μmであると、合金が粗
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。
【0021】(実験例3)注液量を負極容量に対して
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。
【0022】
【表2】 この結果から、負極容量当たりの注液量が3.5g/A
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。
【0023】(実験例4)負極容量に対する負極と正極
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。
【0024】
【表3】 この結果から、負極と正極との反応面積が40cm2
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。
【0025】
【発明の効果】本発明のニッケル水素蓄電池によれば、
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。
【0026】また、平均粒径が10〜25μm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。
【0027】また、水素吸蔵合金をフル使用しないこと
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。
【0028】また、負極の正極との対向面積を負極容量
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態及び従来例のニッケル水素
蓄電池の寿命試験結果を示すグラフである。
【図2】ニッケル水素蓄電池の構成例の部分破断外観斜
視図である。
フロントページの続き (72)発明者 伊藤 慎一郎 静岡県湖西市境宿555番地 パナソニック EVエナジー株式会社内 (72)発明者 世利 肇 静岡県湖西市境宿555番地 パナソニック EVエナジー株式会社内 Fターム(参考) 5H028 AA02 BB10 EE01 HH01 HH05 HH10 5H030 AS20 BB01 FF41 5H050 AA07 BA14 CA03 CB16 HA01 HA05 HA07 HA19

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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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