JP2002343417A - アルカリ二次電池 - Google Patents

アルカリ二次電池

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 セパレータの改良により長寿命化を図ったア
ルカリ二次電池を提供する。 【解決手段】 正極板と負極板をそれらの間にセパレー
タを介装して積層した極板群３を有するアルカリ二次電
池において、（１）少なくとも初充放電前のセパレータ
の体積を極板群体積の３０〜６０％とること、（２）初
期充放電前のセパレータの空孔率を５０〜７０％とする
こと、（３）初期充放電前の極板群体積の電槽内容積に
対する比率を８５〜９５％とすること、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に
関し、特にセパレータの改良によりその長寿命化を図っ
たアルカリ二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アルカリ二次電池の一例であるニッケル
水素二次電池の構成例を、図２を参照して説明する。図
２において、水酸化ニッケルを正極活物質とする正極板
と水素吸蔵合金を主たる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】この種のアルカリ二次電池において、その
極板群の構成に際して電池容量を大きくするために、そ
のセパレータはその初期に必要な電解液を吸収するとと
もに短絡を防止するという機能を果たせる範囲でできる
だけ薄く設定されており、通常極板群の体積の３０％未
満の体積に設定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、充放電を繰
り返すと徐々に極板が膨張し、上記のようにセパレータ
の体積を極板群の体積の３０％未満に設定していると、
充放電に伴う極板の膨張によりセパレータが押し潰され
ることによってセパレータ中の電解液が枯れ、電池の内
部抵抗が上昇し、さらにこの内部抵抗の上昇により発熱
が起こり、内圧上昇に伴い安全弁が作動し、発生したガ
スが電池外へ放出される結果、電解液が完全に枯れ、短
期間に寿命に至るという問題がある。
【０００５】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、セパ
レータの改良により長寿命化を図ったアルカリ二次電池
を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のアルカリ二次電
池は、正極板と負極板をそれらの間にセパレータを介装
して積層した極板群を有するアルカリ二次電池であっ
て、少なくとも初充放電前（電池組立後、最初の充電を
行うまでの期間をいう）のセパレータの体積を極板群の
体積の３０〜６０％としたものである。極板群における
セパレータの体積を３０％以上としたことにより、電池
の寿命を決めるセパレータの圧縮を抑制することができ
る。一方、６０％より大きくすると、電池内で発生した
熱を外部に放出することが困難になって寿命特性を悪化
させる。かくして、３０〜６０％とすることにより、電
池の総充放電可能な電気量が延び、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電池を提供
することができる。
【０００７】また、初充放電前のセパレータの空孔率は
５０〜７０％とするのが好適である。７０％を越える
と、短絡を生じ易く、５０％未満では電解液を保液でき
る体積が減少し、寿命特性が悪化する。
【０００８】また、初充放電前の極板群の体積の電槽の
内容積に対する比率は８５〜９５％とするのが好適であ
る。８５％未満では極板間の距離が大きくなるため、出
力特性が悪化し、内部抵抗が大きくなって寿命特性も悪
化し、９５％を越えるとセパレータが圧縮されて電解液
の保液が困難になって寿命特性が低下する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明のアルカリ二次電池
をニッケル水素二次電池に適用した一実施形態につい
て、図１を参照して説明する。なお、ニッケル水素二次
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。
【００１０】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３９．３ｃｍ2 の負極板を
形成した。
【００１１】正極板に、比重０．９１のポリプロピレン
繊維で構成された厚み０．１８ｍｍの不織布で形成され
た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。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。
【００１２】このような基本構成のニッケル水素二次電
池を用いて寿命試験を行った。寿命試験条件は、充電は
まず１Ａ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。
【００１３】（実験例１）セパレータとして、その厚み
を０．１０、０．１４、０．１８、０．２７、０．４
１、０．６２、０．９６ｍｍとした電池を構成した。こ
れは、極板群中の初充放電前のセパレータ体積では、２
０、２５、３０、４０、５０、６０、７０％に値する。
セパレータ体積の算出は、初充放電前の電池を極板群に
対して直角方向に切断し、断面におけるセパレータの厚
みを計測し、これを基に電極群に対するセパレータ体積
を算出した。これら各電池の寿命特性を測定した。寿命
特性としてはサイクル中の容量比率を用い、それぞれの
電池の初期容量に対する容量が６５％以下になったとこ
ろを寿命とし、セパレータ体積比率が３０％の電池設計
時の寿命特性を１００として相対評価した。その結果を
図１に示す。また、図１に合わせて体積容量密度も同様
に示した。
【００１４】この結果から、セパレータの体積が２０又
は２５％では寿命特性が極端に悪化することが明らかに
なった。これは充放電による極板膨張によりセパレータ
が圧縮され、電解液を保持できなくなって寿命に至った
と考えられる。また、７０％ではセパレータ体積が大き
いため、容量密度がセパレータ体積３０％時に対して８
０％以下と低く、電池内で発熱した熱を系外へ放出が困
難となり、寿命特性でも６０％時に対して低下してい
る。よって、セパレータの体積比率は３０〜６０％が好
適であることが分かった。
【００１５】（実験例２）電池に用いられるセパレータ
の厚みを０．１８ｍｍ、初充放電前の極板群に対する体
積比率を３０％とし、空孔率を、４５、５０、６０、７
０、７５％と変化させたセパレータを用いた電池を作成
した。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ＳＯＣ６
０％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＝１
０）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。
【００１６】
【表１】 この結果から、空孔率が７５％以上であると、試験途中
で短絡してしまい、信頼性が確保できない。また、４５
％以下では保液できる体積が減少し、さらに極板の膨張
により保液量が減少し、寿命特性が悪化した。よって、
セパレータの空孔率は５０〜７０％が適切であることが
分かる。
【００１７】（実験例３）正極板、負極板及びセパレー
タを組み合わせた極板群において、セパレータの厚みを
０．１８ｍｍ、初充放電前の極板群に対する体積比率を
３０％とし、極板群の体積と、電槽の内容積との比率
（以下、緊縛率と称す）が８３、８５、９０、９５、９
７％の電池を用いて実験例１と同様に構成し、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。その試験結果を、表２に示
す。
【００１８】
【表２】 この結果から、緊縛率が９７％以上であると、極板膨張
によりセパレータの体積が圧縮され、電解液の保持が困
難になって寿命が短くなった。８３％であると、極板が
充放電により膨張した後もセパレータが潰れるに至ら
ず、極板間の距離が大きくなるため、電子の移動がスム
ーズに行われないため、出力特性が悪化し、また内部抵
抗が高くなって寿命特性も悪化した。これらの事から緊
縛率が８５〜９５％が適切であることが分かった。
【００１９】なお、本発明が、適用される電池は、前述
のニッケル水素二次電池に限られず、ニッケルカドミウ
ム電池にも適用可能である。また、角形電池に限らず、
円筒形電池にも同様に適用可能である。
【００２０】
【発明の効果】本発明のアルカリ二次電池によれば、以
上の説明から明らかなように、少なくとも初充放電前の
セパレータの体積を極板群の体積の３０〜６０％とした
ので、電池の寿命を決めるセパレータの圧縮を抑制する
ことができるとともに、電池内で発生した熱を外部に放
出することが困難になって寿命特性を悪化させるという
ことがなく、電池の総充放電可能な電気量が延び、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】本発明の一実施形態及び従来例のアルカリ二次
電池の寿命試験結果を示すグラフである。
【図２】アルカリ二次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 植田 利史 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 谷口 明宏 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） 5H021 CC04 CC08 HH01 HH02 HH04 5H028 AA05 AA07 CC01 HH01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 正極板と負極板をそれらの間にセパレー
    タを介装して積層した極板群を有するアルカリ二次電池
    であって、少なくとも初充放電前のセパレータの体積が
    極板群の体積の３０〜６０％であることを特徴とするア
    ルカリ二次電池。
  2. 【請求項２】 初充放電前のセパレータの空孔率が５０
    〜７０％であることを特徴とする請求項１記載のアルカ
    リ二次電池。
  3. 【請求項３】 初充放電前の極板群の体積の電槽の内容
    積に対する比率が８５〜９５％であることを特徴とする
    請求項１記載のアルカリ二次電池。
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