JP2003109657A - Nickel-hydrogen secondary battery - Google Patents

Nickel-hydrogen secondary battery

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JP2003109657A
JP2003109657A JP2001303841A JP2001303841A JP2003109657A JP 2003109657 A JP2003109657 A JP 2003109657A JP 2001303841 A JP2001303841 A JP 2001303841A JP 2001303841 A JP2001303841 A JP 2001303841A JP 2003109657 A JP2003109657 A JP 2003109657A
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battery
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Masahiko Tsukiashi
雅彦 月脚
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nickel-hydrogen secondary battery having excellent self-discharging characteristics and charging-discharging cycle life characteristics. SOLUTION: This nickel-hydrogen secondary battery is constituted by sealing an electrode group 5 formed by interposing a synthetic resin separator 3 between a nickel electrode 2 and a hydrogen storage alloy electrode 4, in a battery container 1 together with an alkaline electrolyte. In this case, plasma treatment is applied to the separator 3 in a gas atmosphere containing at least a sulfur element, and the active material of the nickel electrode 2 comprises powder mainly composed of nickel hydroxide, and the high order oxide of cobalt formed at a part or the whole of the surface.

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・水素二次
電池に関し、更に詳しくは、自己放電特性が優れ、しか
も充放電サイクル寿命特性が優れているニッケル・水素
二次電池に関する。 【0002】 【従来の技術】近年、携帯電話や携帯型のノートパソコ
ンのような各種電子機器のコードレス化,高機能化,小
型化,軽量化の進展に伴い、その電源である二次電池に
対しては高容量化の要望が高まっている。従来、これら
電子機器の電源としてはニッケル・カドミウム二次電池
が主として使用されてきた。しかし、上記した高容量化
への要望の高まりに伴い、ニッケル・カドミウム二次電
池の電圧との互換性があり、かつニッケル・カドミウム
二次電池よりも高容量であるということから、最近で
は、ニッケル・水素二次電池が広く使用され始めてい
る。 【0003】しかしながら、ニッケル・水素二次電池
は、ニッケル・カドミウム二次電池よりも高容量である
とはいえ、充電状態で高温環境下に保管しておくと自己
放電を起こしやすいという問題がある。したがって、ニ
ッケル・水素二次電池の使用環境が多様化して過酷な条
件下で使用される機会も増加していることに対応して、
当該ニッケル・水素二次電池には、高容量であることは
勿論のこと、自己放電特性の向上や充放電サイクル寿命
特性の向上が強く求められている。 【0004】ところで、ニッケル・水素二次電池は、一
般に、水酸化ニッケルのようなニッケル化合物の粉末を
担持するニッケル極(正極)と、水素吸蔵合金の粉末を
担持する水素吸蔵合金電極(負極)との間にセパレータ
を介装して電極群を形成し、この電極群を負極端子も兼
ねる電池缶の中に収容し、更にここに所定のアルカリ電
解液を注入したのち、前記電池缶を封口して製造されて
いる。 【0005】このようなニッケル・水素二次電池におい
て、セパレータは電気絶縁性でなければならないことは
勿論のこと、注入したアルカリ電解液との濡れ性が良好
であり、そのことによってアルカリ電解液に対する保液
性を備えていることが要求される。このようなことか
ら、セパレータとしては、親水性が良好なポリアミド繊
維から成る不織布が広く用いられている。 【0006】しかしながら、このポリアミド繊維はアル
カリ電解液中で加水分解して例えば硝酸イオン,亜硝酸
イオン,アンモニアのような不純物を生成し、この不純
物がニッケル極に生成したオキシ水酸化ニッケルを還元
することにより、ニッケル極における自己放電反応を助
長して電池の自己放電特性を劣化させている。このよう
なことから、セパレータの材料としては、前記したポリ
アミド繊維よりも耐酸化性が優れている繊維材料、例え
ばポリプロピレン繊維のようなポリオレフィン繊維やP
TFE繊維のようなフッ素樹脂の繊維を選定し、これら
に親水化処理を施したものの使用が試みられている。 【0007】具体的には、例えばポリオレフィン繊維の
不織布を陰イオン系,陽イオン系,非イオン系の界面活
性剤のような界面活性剤で表面処理したものをセパレー
タとして使用することが試みられている。しかしなが
ら、上記セパレータは、電池に対する充放電を反復する
と表面の界面活性剤が離脱して親水性は低下し、その結
果、充放電サイクル寿命特性の低下が起こってくるとい
う問題がある。 【0008】また、ポリオレフィン繊維の不織布の全表
面に、スルホン化処理,アクリル酸グラフト処理などの
処理を行うことにより親水性の活性基を外部から付加し
て、不織布全体の表面の親水性を高め、自己放電特性の
向上を目的とする処理が試みられているが、これらの処
理を行っても、自己放電特性の向上はいまだ充分とはい
えない状況にある。しかもこれらの処理の場合には、使
用した薬剤の廃液処理が必要であるため、セパレータの
製造コスト、ひいては電池の製造コストを引き上げると
いう問題がある。 【0009】更に、上記した表面処理の他に、ポリオレ
フィン繊維をO2,N2等のガスを用いてプラズマ処理す
ることにより、この繊維に親水性の官能基を導入するこ
とも行なわれている(特開2001−148237号参
照)。この表面処理によれば、可成りの程度、自己放電
の抑制を実現をすることが可能であるが、最近の自己放
電特性に関する強い向上要求に対しては、なお不充分性
をまぬがれないという問題がある。 【0010】一方、前記したニッケル極の活物質である
水酸化ニッケルは、その製造時にアンモニア水を用いて
析出反応の制御を行っているため、残留アンモニア成分
を含んでいる。そして、この残留アンモニア成分は、ニ
ッケル水素電池の電池反応の際に電池内でシャトル反応
を引き起こし、電池の自己放電を促進し、自己放電特性
を劣化させているという問題がある。 【0011】ところで、前記したニッケル極における活
物質(水酸化ニッケル)の相互間、および活物質と集電
体との間の導電性を高めると、当該活物質の利用率は高
まる。そのことによって、そのニッケル極が組み込まれ
ているニッケル・水素二次電池の充放電サイクル寿命特
性は向上する。そのため、活物質の利用率を高めて充放
電サイクル寿命特性を向上させることを目的として、従
来から次のような方法が実施されている。 【0012】例えば、正極合剤のペースト調製時に、金
属コバルトや、水酸化コバルト,三酸化コバルト,四酸
化三コバルト,一酸化コバルトのようなコバルト化合
物、またはそれらの混合物の粒子の所定量を導電材とし
て添加して、水酸化ニッケルの粉末と所定の割合で混合
して成る混合粉末を製造し、これを活物質として使用す
る方法である。 【0013】このようにして製造した活物質粉末が担持
されているニッケル極をアルカリ二次電池の正極として
組み込むと、上記した活物質粉末に含有されている金属
コバルトやコバルト化合物は、いずれも、アルカリ電解
液に一旦錯イオンとなって溶解し、これが水酸化ニッケ
ル粉末の表面を覆い、そして、電池への初充電時に、こ
れら錯イオンは水酸化ニッケルよりも先に酸化されて導
電性のオキシ水酸化コバルトを主体とするコバルトの高
次酸化物に転化し、それが活物質である水酸化ニッケル
粉末相互の間と、活物質層と集電体との間に析出し、い
わば導電性のマトリックスが形成される。その結果とし
て、活物質の相互間および活物質と集電体の間における
導電性は向上し、もって活物質の利用率が向上する。 【0014】また、含酸素雰囲気下において前記した金
属コバルトやコバルト化合物と水酸化ニッケル粉末を所
定の割合で混合しながら、同時にここにアルカリ水溶液
の所定量を添加し、かつその全体に対して例えばマイク
ロ波を照射して所定温度に均一加熱することにより活物
質を製造する方法も知られている。この場合には、金属
コバルトやコバルト化合物の一部が熱アルカリ水溶液に
錯イオンとなって溶解し、それが水酸化ニッケル粉末の
表面を被覆すると同時にコバルトの高次酸化物に転化す
る。そのため、上記処理が施された活物質は、本来の活
物質である水酸化ニッケルの粉末表面に既にコバルトの
高次酸化物の層が形成されたものになっている。 【0015】これらの方法で製造された活物質を用いる
と、活物質の利用率は向上して電池の充放電サイクル寿
命特性の向上がもたらされることは事実である。また、
水酸化ニッケル粉末の表面に強固な導電性のマトリック
スが形成されるので、ニッケル極それ自体の自己還元性
が抑制される。さらに、これらの製造方法においては、
その過程において水酸化ニッケル粉末にアルカリ水溶液
を添加するので、水酸化ニッケル粉末に含まれるアンモ
ニアの一部がアルカリ水溶液により除去される。そのこ
とにより、電池反応の際に残留アンモニア成分により発
生するシャトル反応が抑制され、電池の自己放電特性が
向上する。 【0016】このように、従来のニッケル・水素二次電
池の場合、自己放電特性と充放電サイクル寿命特性の双
方を向上させる努力がなされているが、いまだ実用面で
満足すべき水準は達成されているとはいえない現状にあ
る。 【0017】 【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のニッケ
ル・水素二次電池における上記した問題を解決し、自己
放電特性と充放電サイクル寿命特性のいずれもが良好な
水準にあるニッケル・水素二次電池の提供を目的とす
る。 【0018】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
目的を達成するために研究を重ねる過程で、まず、セパ
レータの親水性を高めるための処理に関して検討したと
ころ、後述のプラズマ処理を施すとセパレータの親水性
は向上し、また同時に、このプラズマ処理が施されたセ
パレータは、電池内に存在してシャトル反応を引き起こ
すアンモニアを捕捉する能力を有していることも見出し
た。 【0019】そして、上記したセパレータと、前記した
コバルトの高次酸化物が形成されている水酸化ニッケル
粉末を活物質とするニッケル極とを組み合わせて製造し
たニッケル・水素二次電池は、充放電サイクル寿命特性
は向上し、同時に自己放電特性も向上するとの事実を見
出し、本発明のニッケル・水素二次電池を開発するに至
った。 【0020】すなわち、本発明のニックル水素二次電池
は、ニッケル極と水素吸蔵合金電極の間に合成樹脂から
成るセパレータが介装されている電極群をアルカリ電解
液と一緒に電池容器の中に封入して成るニッケル・水素
二次電池において、前記セパレータには少なくとも硫黄
元素を含むガス雰囲気中でプラズマ処理が施されてお
り、かつ、前記ニッケル極の活物質は、水酸化ニッケル
を主体とする粉末と、その一部または全部の表面に形成
されたコバルトの高次酸化物とから成ることを特徴とす
る。 【0021】 【発明の実施の形態】本発明のニッケル・水素二次電池
は、セパレータとして後述する少なくとも硫黄成分を含
むガス雰囲気中でプラズマ処理が施されたものを用い、
かつニッケル極の活物質が後述する方法で製造されたも
のを用いることを除いては、従来から知られているニッ
ケル・水素二次電池と異なることはない。 【0022】まず、本発明のニッケル・水素二次電池の
構造を、円筒形ニッケル・水素二次電池を例にして説明
する。図1において、金属製の有底円筒形の電池容器1
の中には、後述するニッケル極(正極)2と後述するセ
パレータ3と水素吸蔵合金電極(負極)4とを重ね合わ
せたシートを渦巻状に巻回して成る電極群5が収容され
ている。そして、負極4は電極群5の最外側に配置され
ることにより電池容器1と電気的に接触し、また、電極
群5の底部は、電池容器1の底部に配置された絶縁板6
の上に位置している。 【0023】そして、電池容器1の上部開口部の内側に
はリング状の絶縁ガスケット7が配置され、この絶縁ガ
スケット7に周縁部が噛み込んだ状態で中央に孔8を有
する円盤形状の封口板9が配置され、前記電池容器1の
上部開口部を内側に縮径する加締加工を行うことによ
り、前記封口板9は絶縁ガスケット7を介して電池容器
1の上部開口部を気密に封口している。 【0024】また、電極群5の上部にはリード端子10
が付設され、このリード端子10は前記した封口板9の
下面と溶接されている。そして、ゴム製の安全弁11が
封口板9の中央孔8を塞ぐようにして配置され、更にそ
れを覆うようにして帽子形状の正極端子12が封口板9
に溶接されて電極群が封入されている。また、上記した
構造の電池容器1の上部には、中央孔を有する絶縁材料
の押さえ板13が当該中央孔から前記正極端子12のみ
を突出させた状態で配置され、そして押さえ板13の周
縁部,電池容器1の側面部と底面部を被覆して外装チュ
ーブ14が配置されている。 【0025】なお、本発明の電池は上記したような円筒
形に限定されるものではなく、例えば、ニッケル極とセ
パレータと負極とを交互に積層して直方体形状の電極群
とし、これを角形の電池容器に収容して封入した構造の
角形電池であってもよい。また、電池容器の材料は、上
記したような金属に限定されるものではなく、プラスチ
ックであってもよい。 【0026】次に、本発明電池の主要な特徴をなすニッ
ケル極とセパレータにつき詳細に説明する。電極群5の
ニッケル極2は、概ね次のようにして製造される。すな
わちまず、水酸化ニッケルを主体とする粉末の表面に後
述する方法で形成されるコバルトの高次酸化物を有する
活物質粉末と、例えば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,ポリテト
ラフルオロエチレン,ヒドロキシプロピルメチルセルロ
ースのような結着剤とを水で混練して粘稠なペーストを
調製する。なお、用いる水酸化ニッケルには、Co,C
u,Zn,Al,Mn,Ca,Mg,Fe,Siのよう
な元素が固溶していてもよい。 【0027】ついで、このペーストを、例えばスポンジ
状ニッケル基板,網状焼結金属繊維基板または不織布に
ニッケルめっきを施して成るフェルトめっき基板のよう
な3次元網状構造の集電体に充填・塗布したのち前記ペ
ーストを乾燥し、更に続けて加圧成形して所定厚みの正
極シートにする。なお、このときの集電体としては、パ
ンチドメタルやエキスパンドメタルのような2次元基板
や、パンチドメタルの開口部にバリを有する構造の2.
5次元基板を用いることもできる。 【0028】ここで、活物質の好適な製造方法について
説明する。まず、活物質を製造するに際しての出発素材
として、pH11〜13に制御したアルカリ水溶液の中に
水酸化ニッケルを主成分とする粒子を投入し、そこに硫
酸コバルト水溶液を徐々に加えるなどの方法により水酸
化コバルトのようなコバルト化合物を当該粒子の表面に
被着させて当該粒子の表面を被覆した粉粒体;または、
水酸化ニッケルを主成分とする粒子に、金属コバルト
や、水酸化コバルト,三酸化コバルト,四酸化三コバル
ト,一酸化コバルト、もしくはそれらの2種類以上の混
合物のようなコバルト化合物の粒子を添加して成る粉粒
体が用意される。 【0029】その場合、上記粉粒体における金属コバル
トまたはコバルト化合物の含有量は0.5〜20重量%
の範囲に設定されることが好ましい。0.5重量%より
少ない場合は、得られた活物質を担持するニッケル極に
おける前記した導電性マトリックスの形成が不充分とな
って活物質の利用率は高くならず、また20重量%より
も多くすると、活物質中の水酸化ニッケル粒子の相対的
な割合が減少して、電池の放電容量を低下させるように
なるからである。 【0030】まず、アルカリ水溶液の中で、上記した粉
粒体が機械的に撹拌され、アルカリ水溶液と粉粒体が均
一に混合される。このときに用いるアルカリ水溶液とし
ては、水酸化ナトリウム水溶液,水酸化カリウム水溶
液、またはそれらの混合液に更に水酸化リチウム水溶液
を混合したものをあげることができる。 【0031】このときのアルカリ水溶液の濃度は1〜1
4Nの範囲に設定することが好ましい。1Nより低濃度
である場合には、粉粒体に含有されている金属コバルト
やコバルト化合物に対する溶解能が低くなって前記した
導電性マトリックスの形成が充分に進まず、活物質の利
用率をあまり高められないからであり、また14Nより
高濃度にすると、当該アルカリ水溶液の粘度が高くなっ
て粉粒体の内部にまで充分に滲透せず、もって金属コバ
ルトやコバルト化合物を充分に溶解できなくなるからで
ある。 【0032】このときのアルカリ水溶液と粉粒体の混合
・撹拌は室温下で行えばよいが、35〜110℃程度の
加熱状態の下で行ってもよい。上記したアルカリ水溶液
と粉粒体の混合・撹拌の過程で、粉粒体の表面にはアル
カリ水溶液が均一に付着したり、また内部にまで滲透
し、その結果、粉粒体に含有されている金属コバルトま
たはコバルト化合物の一部がそのアルカリ水溶液に溶解
していく。 【0033】そして、本発明では、例えば大気のような
含酸素雰囲気中でアルカリ水溶液と粉粒体の上記した混
合・撹拌を行いながら、更に均一な両者の混合を進めつ
つ、そこに輻射線、好適にはマグネトロンからのマイク
ロ波が20分間程度照射される。このマイクロ波は、そ
れを照射することにより、アルカリ水溶液と粉粒体の混
合物に含有されかつ各粒子を取り囲んで存在している水
分子を振動させ、もって混合物すなわち粉粒体を均一に
加熱する働きをする。そして、アルカリ水溶液に溶解し
ている前記コバルト成分は酸素の存在下において酸化さ
れ、導電性のオキシ水酸化コバルトになって粉粒体の主
成分である水酸化ニッケル粒子の表面に被着する。 【0034】このとき、粉粒体とアルカリ水溶液の混合
物の熱処理温度は35〜160℃の範囲に設定すること
が好ましい。35℃より低い温度の場合には、粉粒体に
含有されている金属コバルトやコバルト化合物のアルカ
リ水溶液への溶解量が少なくなって前記した導電性マト
リックスの形成が不充分となるため活物質の利用率はあ
まり高くならず、また160℃よりも高い温度にする
と、水酸化ニッケル粒子それ自体に構造変化が起こりは
じめて活物質として劣化するようになるからである。 【0035】なお、活物質の製造に関しては、上記した
方法を好適とするが、その外に、例えば、コバルトの高
次酸化物を予め合成しておき、それをスパッタ法などで
水酸化ニッケル粉末の表面に被着せしめる方法であって
もよい。次に、負極4は、水素吸蔵合金粉末と結着剤
と、必要に応じては例えばカーボンブラックのような導
電材との所定量を水で混練して成るペーストを集電体に
充填・塗布したのち、乾燥,成形して製造される。 【0036】用いる水素吸蔵合金としては、格別限定さ
れるものではなく、電気化学的に水素を吸蔵・放出でき
るものであれば何であってもよく、例えば、LaN
5,MmNi5(Mmはミッシュメタル),LmNi5
(Lmはランタン富化のミッシュメタル)、またはNi
の一部をAl,Mn,Co,Ti,Cu,Zn,Zr,
Cr,Bなどで置換した多元素系のもの;TiNi系,
TiFe系,MgNi系またはそれらの混合系;をあげ
ることができる。とくに、次式;LmNixAly
z(AはAl,Coから選ばれる少なくとも1種であ
り、x,y,zは4.8≦x+y+z≦5.4を満足する
原子比を表す)で示される水素吸蔵合金は、充放電サイ
クル時における微粉化が抑制され、電池のサイクル寿命
特性を向上せしめることができるという点で好適であ
る。 【0037】また、結着剤としては、ニッケル極2の製
造時に用いる前記した高分子材料をあげることができ、
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,穿孔鋼板,ニッケルネットなどの2次元基板
や、フェルト状金属多孔体,スポンジ状金属基板などの
3次元網状構造のものをあげることができる。本発明の
ニッケル・水素二次電池に組み込まれるセパレータ3と
しては、次のようなものが使用される。 【0038】まず、セパレータ材料は合成樹脂から成
る。そして、セパレータ材料の形態としては、不織布の
形態であることを好適とするが、アルカリ電解液の通液
が可能である微孔性のフィルムセパレータの形態であっ
てもよい。セパレータ材料の形態が不織布である場合、
セパレータ材料は合成樹脂繊維から成る。具体的には、
ポリエチレン繊維,ポリプロピレン繊維などのポリオレ
フィン繊維それ自体;あるポリオレフィン繊維の表面が
異種類のポリオレフィン繊維で被覆されている芯鞘構造
の複合繊維;互いに異種類であるポリオレフィン繊維の
分割構造になっている複合繊維などをあげることができ
る。また、PTFE繊維も使用することができるが、そ
の場合には、例えばガラス繊維のような無機繊維を混在
せしめることにより全体の機械的強度を高めてもよい。
そして、上記した繊維に例えば乾式法,湿式法,スパン
ボンド法,メルトブロー法などを適用することによって
不織布を製造することができる。 【0039】そして、セパレータ材料の形態が不織布で
ある場合、その目付量は30〜70g/m2であること
が好ましい。目付量が30g/m2より小さい不織布
は、セパレータとしての強度が低いため前記した電極群
を製造する際の巻回時に破損することも起こり、逆に7
0g/m2より大きい場合には、電極群を製造したとき
の当該セパレータの占有体積が大きくなって電極容量の
低下を招くことになるからである。 【0040】また、用いるセパレータ材料としては、窒
素を用いたBET1点法で測定したときの比表面積が
0.5〜5.0m2/gの値を示すものであることが好ま
しい。比表面積が0.5m2/gより小さいセパレータ材
料を用いると、保液性が低下し、また比表面積が5.0
2/gより大きいセパレータ材料は、その引張強度が
低くなるので保形性は低下し、電極群を製造する際の巻
回時にセパレータの破損などが起こりやすいからであ
る。セパレータ材料としては、1.0〜4.0m2/gの
比表面積のものがとくに好ましい。 【0041】そして、上記セパレータ材料に対し、図2
で示したようなプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理
が行われたのち、セパレータ3として電極群5の製造に
供される。まず、用いるプラズマ処理装置の場合、図2
で示したように、密閉容器15の中にアース電極16と
パワー電極17が所定の間隔を置いて平行配置されてい
てパワー電極16は電源8に接続されている。このアー
ス電極16とパワー電極17のそれぞれの対向面16
a,17aは、いずれも、所定直径の円形になっている
のが通例である。そして、密閉容器15には減圧機構1
9が接続され、密閉容器15の中を所定の真空度に減圧
できるようになっている。 【0042】また、密閉容器15には、ガス源供給機構
20が接続され、装置の運転時にここから所定のガス源
を容器内に供給することにより、処理対象のセパレータ
材料の表面に親水性の官能基を導入できるようになって
いる。本発明においては、上記装置を用いて実施される
プラズマ処理時のガス源として、硫黄元素を含むガス,
それと他のガスとの混合ガスが使用される。 【0043】硫黄元素を含むガス源としては、例えば、
一酸化硫黄(SO),二酸化硫黄(SO2),三酸化硫
黄(SO3),三酸化二硫黄(S23),七酸化硫黄
(S27)及び硫化水素(H2S)が挙げられる。ま
た、混合ガスとしては、上記したガスと、それを希釈す
るためのガスとの混合ガスをあげることができる。その
ときの希釈用のガスとしては、例えば、O2,N2,空気
等の活性ガス及びAr,He等の不活性ガスなどを単体
または混合して使用することができる。 【0044】とりわけ、スルホン基をセパレータ材料の
構成繊維に多く導入できる二酸化硫黄と、カルボニル
基,カルボキシル基.水酸基のような親水性の官能基を
セパレータ材料の構成繊維に導入するような酸素ガスや
空気を含むガス源が好適である。この装置の運転に際し
ては、まず、アース電極16とパワー電極17の間に処
理対象のセパレータ材料3Aが配置される。通常、セパ
レータ材料3Aがアース電極16の表面に配置される。
ついで、減圧機構19を運転して密閉容器1の中を一旦
減圧にし、更にガス源供給機構20から所定のガス源を
供給しながら、密閉容器1の中を例えば0.05〜1Tor
rの真空度に保持する。そして、パワー電極17とアー
ス電極16を運転して両極間に高周波電場を形成して両
極間にプラズマfを発生させる。 【0045】具体的には、出力5〜1000Wにおい
て、例えばラジオ周波数13.56MHzの高周波、または
2.54GHzのマイクロ波で放電を行い、電極間に配置さ
れているセパレータ材料3Aに低温プラズマ処理を施
す。処理時間は0.1〜30分に設定することが好まし
い。上記した条件下における発生プラズマのパラメータ
の1例を示すと、電子温度2000〜4000°K,電
子密度109〜1013個/cm3,イオン温度200〜40
0°K,イオン密度109〜1013個/cm3,プラズマ空
間電位10〜90Vである。 【0046】 【実施例】実施例1,比較例1〜3 (1)セパレータの製造 図2で示した装置を用いて、次のようなセパレータを製
造した。まず、平均繊維径10μmのポリプロピレン繊
維を用いて、スパンポンド法で目付量50g/m2,厚
み0.16mmの不織布を製造した。 【0047】この不織布を縦100mm,横100mmの正
方形に裁断した。この不織布を、直径90mmのアース電
極16の上に図2で示したように配置した。すなわち、
この場合は、アース電極16の表面の全部が上記不織布
で覆われた状態になっている。密閉容器15に1時間の
減圧処理を行ったのち、ガス源供給機構20から二酸化
硫黄ガスと酸素ガスを30ml/minの流量で送入して容
器内を13.3Torrに調整した。ついで、ラジオ周波数
13.56kHz,パワー電極17の出力50Wで5分間の
プラズマ処理を行った。 【0048】処理した材料を装置から取り出したのちそ
の両端部を切除し、幅40mm、長100mmの短冊状のセ
パレータとした。これをセパレータAとする。また、前
記した不織布を酸素ガスのみでプラズマ処理を実施した
こと以外は同様の処置を行ったセパレータを用意した。
これをセパレータBとする。 (2)ニッケル極の製造 平均粒径10μmの水酸化ニッケル粉末100重量部に
対して平均粒径1μmの水酸化コバルト粉末を11.1
重量部混合した。この混合粉末を流動造粒装置に投入し
て全体を撹拌しながら、ここに12Nの水酸化ナトリウ
ム水溶液を添加し、同時に、マグネトロン装置からのマ
イクロ波を照射し、温度約100℃で20分間の熱処理
を行って活物質とした。 【0049】この活物質100重量部に対し、ポリアク
リル酸ナトリウム0.16重量部,ヒドロキシメチルセ
ルロース0.06重量部,カルボキシメチルセルロース
0.11重量部,PTFEディスパージョン(比重1.
5,固形分含量60重量%)0.67重量部を混合し、
更に純水30重量部を添加し、全体を混練してペースト
を調製した。 【0050】このペーストをニッケルの発泡基板に充填
し、乾燥したのち、ロール圧延を行って厚み0.6mmの
ニッケル極を製造した。これをニッケル極Aとする。一
方、上記した混合粉末を上記した熱処理を施すことなく
そのまま用いたことを除いてはニッケル極Aの場合と同
様にしてニッケル極を製造した。これをニッケル極Bと
する。 【0051】(3)電池の組立 一方、組成がLmNi4.0Co0.04Mn0.3Al0.3(L
mはLa富化のミッシュメタル)の水素吸蔵合金を機械
粉砕して200メッシュ(タイラー篩)下の粉末にし
た。ついで、この粉末100重量部に対し、ポリアクリ
ル酸ナトリウム0.3重量部,カルボキシメチルセルロ
ース0.05重量部,カーボンブラック1.0重量部,P
TFEディパーション(比重1.5,固形分含量60重
量%)1.0重量部を配合し、全体を44重量部の水で
混練してペーストを調製した。 【0052】このペーストをニッケルパンチドメタル
(開口率45%)に塗布し、乾燥し、更にロール圧延し
て厚み0.3mmの水素吸蔵合金電極(負極)を製造し
た。これらニッケル極と水素吸蔵合金電極の間に、表1
で示したように、上記した各セパレータをそれぞれ挟ん
で積層体シートにしたのち、水素吸蔵合金電極を外側に
して巻回し、図1で示した各種の電極群5を製造した。 【0053】 【表1】【0054】そして、これらの電極群5を用い、電解液
として7NのKOHと1NのLiOHとの混合液を用い
て図1で示した構造のAAAサイズニッケル・水素二次
電池を製造した。 (4)電池特性 得られた各電池につき、温度20℃において公称容量に
対して0.2Cで150%の充電を行ったのち、1Cで
電池電圧が1.0Vになるまで放電する充放電サイクル
を3回反復した。その後、0.2Cで150%の充電を
行い、その状態で温度45℃の恒温槽に14日間保管
し、保管後に1Cで電池電圧が1.0Vになるまでの放
電を行い、そのときの残存容量を測定した。 【0055】電池の公称容量をC0,上記した残存容量
をC1としたとき、次式:100×C 1/C0(%)に基
づいて各電池の容量残存率を算出した。その結果を図3
に示した。図3から次のことが明らかである。 1.比較例2と3を比較した場合、ニッケル極が互いに
同じであっても、言い換えれば活物質が同じであって
も、セパレータAを用いた比較例2の方が電池の容量残
存率が約3%高い。すなわち、二酸化硫黄ガスと酸素ガ
スとからなる混合ガス雰囲気中でプラズマ処理されたセ
パレータAを用いた電池の方が、酸素ガス雰囲気中でプ
ラズマ処理されたセパレータBを用いた電池よりも容量
残存率が高い。このことから、硫黄元素を含むガス雰囲
気中でプラズマ処理が施されたセパレータは、電池の自
己放電特性を向上するために有用であることがわかる。 【0056】2.比較例1と3とを比較した場合、セパ
レータは互いに同じであっても、ニッケル極Aを用いた
比較例1の方が電池の容量残存率が約5%高い。すなわ
ち、マイクロ波により加熱処理が施された活物質を有す
るニッケル極Aを用いた電池の方が、上記加熱処理を施
さない活物質を有するニッケル極Bを用いた電池よりも
容量残存率が高い。このことから、表面にコバルト高次
酸化物が形成された水酸化ニッケルを活物質として有す
るニッケル極は、電池の自己放電特性を向上するために
有用であることがわかる。 【0057】3.実施例1と比較例3とを比較した場
合、ニッケル極AとセパレータAとを用いた実施例1の
電池の方が比較例3の電池よりも容量残存率が約10%
高い。そしてこの場合、比較例3に対する実施例1の容
量残存率の向上割合(約10%)は、比較例3に対する
比較例2の容量残存率の向上割合(約3%)と、比較例
3に対する比較例1の容量残存率の向上割合(約5%)
とを足し合わせた割合よりも大きい。すなわち、硫黄元
素を含んだガス雰囲気中でプラズマ処理を施したセパレ
ータと、表面にコバルト高次酸化物が形成された水酸化
ニッケルを活物質として有するニッケル極とを組み合わ
せて用いた場合、それぞれを単独で用いた場合から予想
される自己放電特性の向上割合を超えて、その向上を図
ることができる。 【0058】また、表1で示した各電池につき、1C
(−ΔV)の充電を行い、1Cで電池電圧が1.0Vに
なるまで放電する充放電サイクルを反復し、各サイクル
ごとに、1Cで電池電圧が1.0Vになるまでの時間を
計測して放電容量を算出した。そして、実施例1の放電
容量が、公称容量の60%の値を示したときのサイクル
数を計測した。このときのサイクル数をa0(回)とす
る。 【0059】また、各比較例電池の放電容量が公称容量
の60%の値を示したときのサイクル数を計測した。こ
のときのサイクル数をa(回)とする。そして、a×1
00/a0をサイクル数比(%)として算出し、その結
果を図4に示した。図4からは以下のことが明らかであ
る。 【0060】4.比較例2と3を比較した場合、サイク
ル数比は略等しい。このことから、二酸化硫黄ガスと酸
素ガスとの混合ガス雰囲気中でプラズマ処理を施したセ
パレータを用いても、または、酸素ガス雰囲気中でプラ
ズマ処理したセパレータを用いても、得られる電池の充
放電サイクル寿命特性は略等しくなることがわかる。 5.比較例1と3とを比較した場合、セパレータは互い
に同じであっても、ニッケル極Aを用いた比較例1の方
がサイクル数比が約10%大きい。すなわち、マイクロ
波により加熱処理が施された活物質を有するニッケル極
Aを用いた電池の方が、上記加熱処理を施さない活物質
を有するニッケル極Bを用いた電池よりもサイクル数比
が大きい。このことから、表面にコバルト高次酸化物が
形成された水酸化ニッケルを活物質として有するニッケ
ル極は、電池の充放電サイクル寿命特性を向上するため
に有用であることがわかる。 【0061】6.実施例1と比較例3とを比較した場
合、ニッケル極AとセパレータAとを用いた実施例1の
電池の方が比較例3の電池よりもサイクル数比が約20
%高い。そしてこの場合、比較例3に対する実施例1の
サイクル数比の向上割合(約20%)は、比較例3に対
する比較例2のサイクル数比の向上割合(約0%)と、
比較例3に対する比較例1のサイクル数比の向上割合
(約10%)とを足し合わせた割合よりも大きい。すな
わち、表面にコバルト高次酸化物が形成された水酸化ニ
ッケルを活物質として有するニッケル極と、硫黄元素を
含んだガス雰囲気中でプラズマ処理を施したセパレータ
とを組み合わせた場合、それぞれを単独で用いた場合か
ら予想される充放電サイクル寿命特性の向上割合を超え
て、その向上を図ることができる。 【0062】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ニッケル・水素二次電池は、自己放電特性が良好である
ため、高温下で長期間保存しておいても高い容量残存率
を示し、しかも図4から明らかなように充放電サイクル
寿命特性が優れている。すなわち、自己放電特性と充放
電サイクル寿命特性のいずれもが優れている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nickel-hydrogen secondary battery.
More specifically, batteries have excellent self-discharge characteristics.
Nickel-hydrogen with excellent charge-discharge cycle life characteristics
Related to secondary batteries. [0002] 2. Description of the Related Art In recent years, portable telephones and portable notebook PCs have been developed.
Of various electronic devices such as
With the progress of molding and weight reduction, secondary batteries as power sources
On the other hand, there is an increasing demand for higher capacity. Conventionally, these
Nickel-cadmium rechargeable batteries as power source for electronic equipment
Have been mainly used. However, the high capacity mentioned above
Demand for nickel-cadmium secondary power
Compatible with pond voltage and nickel cadmium
Since it has higher capacity than secondary batteries,
Indicates that nickel-metal hydride rechargeable batteries have begun to be widely used.
You. However, nickel-hydrogen secondary batteries
Has higher capacity than nickel-cadmium rechargeable battery
However, if you keep it in a high temperature environment while charging it,
There is a problem that discharge easily occurs. Therefore,
The use environment of nickel-hydrogen rechargeable batteries is diversified and harsh conditions
In response to the increasing opportunities used under the
The nickel-hydrogen rechargeable battery must have a high capacity.
Of course, improvement of self-discharge characteristics and charge / discharge cycle life
There is a strong demand for improved characteristics. By the way, nickel-hydrogen secondary batteries are
Generally, a powder of a nickel compound such as nickel hydroxide is used.
The nickel electrode (positive electrode) to be supported and the hydrogen storage alloy powder
Separator between supported hydrogen storage alloy electrode (negative electrode)
To form an electrode group, and this electrode group also serves as the negative electrode terminal.
It is housed in a battery can and further
After injecting the solution, it is manufactured by sealing the battery can.
I have. In such a nickel-hydrogen secondary battery,
That the separator must be electrically insulating
Of course, good wettability with injected alkaline electrolyte
And thereby the liquid retention against the alkaline electrolyte
Is required. Like this
Polyamide fiber with good hydrophilicity
Nonwoven fabrics made of fibers are widely used. [0006] However, this polyamide fiber is
Hydrolysis in potash electrolyte, for example, nitrate ion, nitrite
This produces impurities such as ions and ammonia.
Reduces nickel oxyhydroxide generated on the nickel electrode
Assists the self-discharge reaction at the nickel electrode.
The self-discharge characteristic of the battery is degraded for a long time. like this
Therefore, as the material of the separator,
Fiber material with better oxidation resistance than amide fiber, for example
Polyolefin fiber such as polypropylene fiber or P
Select fluororesin fiber such as TFE fiber,
The use of those which have been subjected to a hydrophilization treatment has been attempted. Specifically, for example, polyolefin fibers
Use nonwoven fabric as anionic, cationic or nonionic surfactant
Surface-treated with a surfactant such as a surfactant
Have been attempted to be used as But
The separator repeats charging and discharging of the battery.
And the surfactant on the surface is released, and the hydrophilicity is reduced.
As a result, the charge-discharge cycle life characteristics will decrease.
Problem. Further, a complete list of nonwoven fabrics of polyolefin fibers
Surface, such as sulfonation, acrylic acid grafting
The treatment adds hydrophilic active groups from outside
Enhances the hydrophilicity of the entire surface of the nonwoven fabric,
Attempts have been made to improve the quality of these processes.
Improvement of self-discharge characteristics is still not enough
Is in a situation that cannot be achieved. Moreover, in the case of these processes,
Since it is necessary to treat the used chemical waste liquid, the separator
If you increase the manufacturing cost, and eventually the battery manufacturing cost,
There is a problem. Further, in addition to the above-mentioned surface treatment,
Fin fiberTwo, NTwoPlasma treatment using gases such as
By introducing hydrophilic functional groups into this fiber,
(See Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-148237).
See). According to this surface treatment, a considerable degree of self-discharge
It is possible to control
Still inadequate for strong demands on electrical properties
There is a problem that can not be overlooked. On the other hand, the active material of the above-mentioned nickel electrode is
Nickel hydroxide is manufactured using ammonia water during its production.
Since the precipitation reaction is controlled, residual ammonia components
Contains. And this residual ammonia component is
Shuttle reaction in the battery during the battery reaction of the nickel hydrogen battery
Causes the battery to promote self-discharge and self-discharge characteristics
Is deteriorated. By the way, the activity at the nickel electrode described above is considered.
Between materials (nickel hydroxide) and between active material and current collector
When the conductivity between the active material and the body is increased, the utilization rate of the active material increases.
Round. This allows the nickel pole to be incorporated
Charge / discharge cycle life of nickel-metal hydride secondary batteries
Sex is improved. For this reason, the usage rate of active materials is
In order to improve the cycle life characteristics,
Since then, the following methods have been implemented. For example, when preparing a paste of a positive electrode mixture, gold
Genus cobalt, cobalt hydroxide, cobalt trioxide, tetraacid
Cobalt compounds such as tricobalt and cobalt monoxide
A certain amount of particles of a substance or a mixture of
And mix with the nickel hydroxide powder at a specified ratio
And use it as an active material.
It is a way to [0013] The active material powder thus produced is carried.
Nickel electrode used as the positive electrode of alkaline secondary batteries
When incorporated, the metal contained in the active material powder described above
Cobalt and cobalt compounds are both alkaline electrolyzed
Once dissolved in the solution as complex ions, this is the nickel hydroxide
Cover the surface of the powder, and charge the battery for the first time.
These complex ions are oxidized before nickel hydroxide and lead.
High cobalt based on conductive cobalt oxyhydroxide
Nickel hydroxide, which is converted to secondary oxide, which is the active material
Precipitates between the powders and between the active material layer and the current collector;
As it were, a conductive matrix is formed. As a result
Between the active materials and between the active material and the current collector
The conductivity is improved, and the utilization rate of the active material is improved. In addition, the above-described gold in an oxygen-containing atmosphere
Cobalt or cobalt compound and nickel hydroxide powder
While mixing at a fixed rate, simultaneously add an alkaline aqueous solution here
A predetermined amount, and add a
The active material is uniformly heated to a predetermined temperature by irradiating
Methods for producing quality are also known. In this case, the metal
Cobalt and some cobalt compounds are converted to hot alkaline aqueous solution
Dissolves as complex ions, which are the nickel hydroxide powder
Converts to a higher oxide of cobalt while coating the surface
You. Therefore, the active material that has been subjected to the above treatment is
The surface of nickel hydroxide powder
A layer of a higher oxide is formed. [0015] The active material produced by these methods is used.
And the utilization rate of the active material is improved,
It is true that life characteristics are improved. Also,
Strong conductive matrix on the surface of nickel hydroxide powder
The self-reducing property of the nickel electrode itself
Is suppressed. Furthermore, in these manufacturing methods,
During the process, the nickel hydroxide powder is
Is added, the ammonia contained in the nickel hydroxide powder
Part of the near is removed by the alkaline aqueous solution. That
Is generated by residual ammonia component during battery reaction.
The generated shuttle reaction is suppressed, and the self-discharge characteristics of the battery
improves. As described above, the conventional nickel-hydrogen secondary battery
In the case of a pond, the self-discharge characteristics and the charge-discharge cycle life characteristics
Efforts have been made to improve
Satisfactory levels have not yet been achieved.
You. [0017] SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a conventional nickel
Solving the above-mentioned problems with hydrogen rechargeable batteries,
Good both discharge characteristics and charge / discharge cycle life characteristics
To provide nickel-hydrogen rechargeable batteries of
You. [0018] Means for Solving the Problems The present inventors have made the above-mentioned description.
In the process of conducting research to achieve the objectives,
Considered treatment to increase the hydrophilicity of the rotator
When the plasma treatment described below is performed, the hydrophilicity of the separator
Is improved, and at the same time,
Parator is present in the battery and causes a shuttle reaction
Also has the ability to capture ammonia
Was. The above separator and the above
Nickel hydroxide with higher cobalt oxides
Manufactured in combination with a nickel electrode that uses powder as the active material
Nickel-hydrogen rechargeable battery has charge-discharge cycle life characteristics
And that the self-discharge characteristics also improved.
To develop the nickel-hydrogen secondary battery of the present invention.
Was. That is, the nickle hydrogen secondary battery of the present invention
Is made of synthetic resin between the nickel electrode and the hydrogen storage alloy electrode.
Electrode group with a separator
Nickel-metal hydride sealed in a battery container with liquid
In the secondary battery, the separator has at least sulfur.
Plasma treatment is performed in a gas atmosphere containing elements.
And the active material of the nickel electrode is nickel hydroxide
Formed mainly on powder and part or all of its surface
Characterized in that it comprises a cobalt higher oxide
You. [0021] DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Nickel-hydrogen secondary battery of the present invention
Contains at least a sulfur component described later as a separator.
Using plasma treatment in a gas atmosphere,
And the active material of the nickel electrode is manufactured by the method described later.
Except for the use of
There is no difference from the Kel-Hydrogen secondary battery. First, the nickel-hydrogen secondary battery of the present invention
The structure is explained using a cylindrical nickel-hydrogen secondary battery as an example.
I do. In FIG. 1, a cylindrical battery container 1 having a bottom and made of metal is shown.
Include a nickel electrode (positive electrode) 2 described later and a cell described later.
Parator 3 and hydrogen storage alloy electrode (negative electrode) 4 are superposed
The electrode group 5 is formed by spirally winding the rolled sheet.
ing. Then, the negative electrode 4 is disposed on the outermost side of the electrode group 5.
To make electrical contact with the battery container 1 and
The bottom of the group 5 includes an insulating plate 6 disposed on the bottom of the battery container 1.
Is located above. Then, inside the upper opening of the battery container 1,
A ring-shaped insulating gasket 7 is arranged.
A hole 8 is provided at the center with the peripheral edge biting into the
A disk-shaped sealing plate 9 is disposed, and the battery container 1
By caulking to reduce the diameter of the upper opening inward
The sealing plate 9 is connected to the battery container via an insulating gasket 7.
The upper opening 1 is hermetically sealed. The lead terminals 10 are provided above the electrode group 5.
The lead terminal 10 is provided on the sealing plate 9 described above.
It is welded to the lower surface. And the rubber safety valve 11
It is arranged so as to close the central hole 8 of the sealing plate 9,
The cap-shaped positive electrode terminal 12 is
The electrode group is sealed by welding. Also mentioned above
An insulating material having a central hole is provided on the upper part of the battery case 1 having the structure.
Of the positive electrode terminal 12 only from the central hole
Are arranged in a state where they protrude, and the periphery of the holding plate 13 is
Cover the edge, the side and bottom of the battery container 1
The probe 14 is arranged. The battery of the present invention has a cylindrical shape as described above.
It is not limited to a shape.
A rectangular parallelepiped electrode group in which a parator and a negative electrode are alternately stacked
This is housed in a rectangular battery container and sealed.
It may be a prismatic battery. The material of the battery container is
It is not limited to the metals described above,
It may be a lock. Next, the nickel which is the main feature of the battery of the present invention.
The Kell pole and the separator will be described in detail. Electrode group 5
The nickel electrode 2 is generally manufactured as follows. sand
First, the surface of the powder mainly composed of nickel hydroxide is
Having a higher oxide of cobalt formed by the method described
The active material powder and carboxymethylcellulose,
Chill cellulose, sodium polyacrylate, polyteto
Lafluoroethylene, hydroxypropylmethylcellulo
Knead with a binder such as sesame with water to form a viscous paste.
Prepare. The nickel hydroxide used includes Co, C
like u, Zn, Al, Mn, Ca, Mg, Fe, Si
Element may be dissolved. Next, this paste is mixed with, for example, a sponge.
Nickel substrate, reticulated sintered metal fiber substrate or non-woven fabric
Like a felt-plated substrate with nickel plating
After filling and coating the current collector with a three-dimensional network structure,
The paste is dried, and then pressure-molded to a predetermined thickness.
Make the pole sheet. In this case, the current collector
Two-dimensional substrates such as metal and expanded metal
And a structure with burr in the opening of punched metal 2.
A five-dimensional substrate can also be used. Here, a preferred method for producing an active material is described.
explain. First, the starting materials for manufacturing the active material
In an aqueous alkaline solution controlled at pH 11-13
Particles containing nickel hydroxide as the main component are charged, and sulfuric acid is added there.
Hydroxy acid by a method such as gradually adding an aqueous solution of cobalt oxide
A cobalt compound such as cobalt fluoride on the surface of the particles.
A granular material that is applied and covers the surface of the particle; or
Metal cobalt is added to particles mainly composed of nickel hydroxide.
And cobalt hydroxide, cobalt trioxide, tricobalt tetroxide
G, cobalt monoxide, or a mixture of two or more thereof
Granules made by adding particles of cobalt compounds such as compounds
The body is prepared. In this case, the metal powder in the above-mentioned powder and granular material
Content of copper or cobalt compound is 0.5 to 20% by weight
Is preferably set in the range. From 0.5% by weight
If the amount is small, the nickel electrode supporting the obtained active material
The formation of the conductive matrix described above is insufficient
The utilization rate of the active material is not high and
When the amount of nickel hydroxide particles in the active material
To reduce the battery's discharge capacity.
Because it becomes. First, the above-mentioned powder is placed in an alkaline aqueous solution.
The granules are mechanically stirred, and the alkaline aqueous solution and the granules are evenly dispersed.
Mixed together. The alkaline aqueous solution used at this time
Sodium hydroxide aqueous solution, potassium hydroxide aqueous solution
Solution, or a mixture of them, and an aqueous solution of lithium hydroxide
Can be given. At this time, the concentration of the aqueous alkali solution is 1 to 1
It is preferable to set in the range of 4N. Concentration lower than 1N
If it is, the metallic cobalt contained in the granular material
And its solubility in cobalt compounds is low.
The formation of the conductive matrix does not proceed sufficiently,
Because the usage rate cannot be increased much, and from 14N
The higher the concentration, the higher the viscosity of the alkaline aqueous solution becomes.
Do not penetrate sufficiently into the inside of the granular material,
Or cobalt compounds cannot be sufficiently dissolved.
is there. At this time, mixing of the aqueous alkaline solution and the powdery granules
Stirring may be performed at room temperature, but is performed at about 35 to 110 ° C.
The heat treatment may be performed. The above alkaline aqueous solution
In the process of mixing and stirring the powder and granules,
Potassium solution adheres evenly and penetrates inside
As a result, the metallic cobalt contained in the powder
Or a part of cobalt compound dissolves in the alkaline aqueous solution
I will do it. In the present invention, for example,
The above-mentioned mixing of the alkaline aqueous solution
While mixing and stirring, promote more uniform mixing of both.
One, there radiation, preferably microphone from magnetron
The waves are irradiated for about 20 minutes. This microwave is
Irradiate the mixture to mix the aqueous alkaline solution with the granular material.
Water contained in the compound and present around each particle
Vibration of the molecules, thereby uniformly mixing the mixture
Works to heat. And dissolved in an aqueous alkaline solution
Is oxidized in the presence of oxygen.
To form conductive cobalt oxyhydroxide,
It adheres to the surface of nickel hydroxide particles as a component. At this time, mixing of the granular material and the alkaline aqueous solution
Heat treatment temperature of the product should be set in the range of 35 to 160 ° C
Is preferred. If the temperature is lower than 35 ° C,
Alkali of metallic cobalt and cobalt compounds contained
The amount of dissolution in the aqueous solution decreases, and
The utilization of active material is not
Not too high, and higher than 160 ° C
And the structural change occurs in the nickel hydroxide particles themselves
This is because the active material is first deteriorated. The production of the active material was described above.
The method is preferred, but additionally, for example, high cobalt
Secondary oxide is synthesized in advance, and it is
A method of applying it to the surface of nickel hydroxide powder,
Is also good. Next, the negative electrode 4 is made of a hydrogen storage alloy powder and a binder.
And, if necessary, a conductive material such as carbon black.
A paste made by kneading a predetermined amount of electric material with water is used as the current collector.
After filling and application, it is manufactured by drying and molding. The hydrogen storage alloy used is particularly limited.
Hydrogen can be absorbed and released electrochemically
Can be anything, for example, LaN
iFive, MmNiFive(Mm is misch metal), LmNiFive
(Lm is lanthanum-rich misch metal) or Ni
Is partially converted to Al, Mn, Co, Ti, Cu, Zn, Zr,
Multi-element type substituted with Cr, B, etc .; TiNi type,
TiFe-based, MgNi-based or a mixture thereof.
Can be In particular, the following formula: LmNixAlyA
z(A is at least one selected from Al and Co
X, y, z satisfy 4.8 ≦ x + y + z ≦ 5.4
The hydrogen storage alloy represented by the atomic ratio
Minimizing pulverization during battery life and battery cycle life
It is suitable in that it can improve the characteristics.
You. As the binder, a nickel electrode 2 was used.
The above-mentioned polymer material used at the time of fabrication can be given,
As the current collector, for example, punched metal, expanded
Two-dimensional substrates such as metal, perforated steel plate and nickel net
Or felt-like porous metal, sponge-like metal substrate, etc.
One having a three-dimensional network structure can be given. Of the present invention
A separator 3 incorporated in a nickel-metal hydride secondary battery;
Then, the following is used. First, the separator material is made of synthetic resin.
You. And, as a form of the separator material, non-woven fabric
Although it is preferable that the liquid is in a form,
In the form of a microporous film separator
May be. When the form of the separator material is a nonwoven fabric,
The separator material is made of synthetic resin fibers. In particular,
Polyole such as polyethylene fiber and polypropylene fiber
Fin fibers themselves; the surface of certain polyolefin fibers
Core-sheath structure coated with different kinds of polyolefin fibers
Composite fibers of different types of polyolefin fibers
It is possible to give conjugate fibers that have a split structure.
You. PTFE fibers can also be used,
In the case of, for example, inorganic fiber such as glass fiber is mixed
By doing so, the overall mechanical strength may be increased.
Then, for example, the dry method, the wet method,
By applying the bond method, melt blow method, etc.
Nonwoven fabrics can be manufactured. Then, the form of the separator material is a non-woven fabric.
In some cases, the basis weight is 30 to 70 g / mTwoBeing
Is preferred. The basis weight is 30 g / mTwoSmaller nonwoven
Is the electrode group described above because of its low strength as a separator.
May also be damaged during winding when manufacturing, and conversely, 7
0 g / mTwoIf larger, when the electrode group is manufactured
Of the electrode capacity of the separator increases,
This is because it causes a decrease. The separator material to be used is nitrogen.
Specific surface area measured by elementary BET one-point method
0.5-5.0mTwo/ G.
New Specific surface area is 0.5mTwo/ G separator material
When a filler is used, the liquid retention is reduced and the specific surface area is 5.0.
mTwo/ G separator material has a tensile strength of
The lower the shape retention, the lower the winding
The separator is likely to be damaged during rotation.
You. 1.0-4.0m as separator materialTwo/ G
Those having a specific surface area are particularly preferred. Then, the separator material shown in FIG.
Plasma processing using a plasma processing apparatus as shown in
Is performed, the separator 3 is used to manufacture the electrode group 5.
Provided. First, in the case of a plasma processing apparatus to be used, FIG.
As shown in the figure, the earth electrode 16 is
The power electrodes 17 are arranged in parallel at predetermined intervals.
The power electrode 16 is connected to the power supply 8. This ar
Opposing surfaces 16 of the power electrode 16 and the power electrode 17
Both a and 17a are circular with a predetermined diameter.
It is customary. The pressure reducing mechanism 1 is provided in the closed container 15.
9 is connected and the pressure in the closed container 15 is reduced to a predetermined vacuum degree.
I can do it. The closed container 15 has a gas source supply mechanism.
20 is connected, from which a predetermined gas source is
Is supplied into the container, the separator to be treated
The ability to introduce hydrophilic functional groups on the surface of materials
I have. In the present invention, it is carried out using the above-mentioned device.
Gas containing sulfur element as a gas source during plasma processing,
A mixed gas of it and another gas is used. As a gas source containing a sulfur element, for example,
Sulfur monoxide (SO), sulfur dioxide (SOTwo), Sulfur trioxide
Yellow (SOThree), Disulfur trioxide (STwoOThree) 、 Sulfur heptoxide
(STwoO7) And hydrogen sulfide (HTwoS). Ma
As the mixed gas, the above-mentioned gas and its dilution
And a mixed gas with the gas used for the treatment. That
As the gas for dilution at the time, for example, OTwo, NTwo,air
And other active gases and inert gases such as Ar and He
Alternatively, they can be used in combination. In particular, the sulfone group is added to the separator material.
Sulfur dioxide and carbonyl that can be introduced into the constituent fibers
Group, carboxyl group. Hydrophilic functional groups such as hydroxyl groups
Oxygen gas introduced into the constituent fibers of the separator material
A gas source containing air is preferred. When operating this device
First, a process is performed between the ground electrode 16 and the power electrode 17.
The separator material 3A to be processed is disposed. Usually Sepa
3A is arranged on the surface of the ground electrode 16.
Then, the pressure reducing mechanism 19 is operated to once pass through the closed container 1.
The pressure is reduced, and a predetermined gas source is further supplied from the gas source supply mechanism 20.
While supplying, the inside of the closed container 1 is, for example, 0.05 to 1 Torr.
Hold at a vacuum of r. Then, the power electrode 17 and the earth
The high-frequency electric field is formed between the two electrodes by operating the
A plasma f is generated between the poles. Specifically, the output power is 5 to 1000 W.
For example, a radio frequency of 13.56 MHz, or
Discharge by microwave at 2.54 GHz and place between electrodes
Low-temperature plasma treatment on the separator material 3A
You. Processing time is preferably set to 0.1 to 30 minutes
No. Parameters of generated plasma under the above conditions
As an example, the electron temperature is 2000-4000 ° K,
Child density 109-1013Pieces / cmThree, Ion temperature 200-40
0 ° K, ion density 109-1013Pieces / cmThree, Plasma sky
The potential between them is 10 to 90V. [0046] EXAMPLES Example 1, Comparative Examples 1-3 (1) Production of separator The following separator was manufactured using the apparatus shown in FIG.
Built. First, a polypropylene fiber with an average fiber diameter of 10 μm
Using a fiber, the basis weight is 50 g / m by the spun-pound method.Two, Thickness
A non-woven fabric having a thickness of 0.16 mm was produced. This non-woven fabric is 100 mm long and 100 mm wide.
Cut into squares. This nonwoven fabric is grounded with a 90 mm diameter ground electrode.
It was arranged on pole 16 as shown in FIG. That is,
In this case, the entire surface of the ground electrode 16 is
It is covered with. 1 hour in closed container 15
After performing the pressure reduction process, the gas
Supply sulfur gas and oxygen gas at a flow rate of 30 ml / min
The inside of the vessel was adjusted to 13.3 Torr. Then the radio frequency
13.56 kHz, output of power electrode 17 at 50 W for 5 minutes
Plasma treatment was performed. After removing the processed material from the apparatus,
Cut off both ends of a rectangular cell with a width of 40 mm and a length of 100 mm.
Parator. This is referred to as separator A. Also before
The nonwoven fabric described above was subjected to plasma treatment using only oxygen gas.
A separator treated in the same manner except for the above was prepared.
This is designated as separator B. (2) Production of nickel electrode 100 parts by weight of nickel hydroxide powder with an average particle size of 10 μm
On the other hand, 11.1 cobalt hydroxide powder having an average particle size of 1 μm was used.
Parts by weight. This mixed powder is put into a fluidized granulator
While stirring the whole, add 12N sodium hydroxide
Solution at the same time as the magnetron
Irradiation with microwaves, heat treatment at about 100 ° C for 20 minutes
To obtain an active material. To 100 parts by weight of this active material,
0.16 parts by weight of sodium acrylate
Lurose 0.06 parts by weight, carboxymethylcellulose
0.11 parts by weight, PTFE dispersion (specific gravity 1.
5, solid content 60% by weight)
Further, 30 parts by weight of pure water is added, and the whole is kneaded to form a paste.
Was prepared. This paste is filled in a nickel foam substrate.
After drying, roll rolling is performed to a thickness of 0.6 mm.
A nickel electrode was manufactured. This is referred to as a nickel electrode A. one
On the other hand, without subjecting the above mixed powder to the above heat treatment
Same as for Nickel A except that it was used as is.
Thus, a nickel electrode was manufactured. This is called nickel electrode B
I do. (3) Battery assembly On the other hand, when the composition is LmNi4.0Co0.04Mn0.3Al0.3(L
m is La-enriched misch metal) hydrogen storage alloy machine
Pulverize to powder under 200 mesh (Tyler sieve)
Was. Then, 100 parts by weight of this powder was
0.3 parts by weight of sodium luate, carboxymethylcellulo
0.05 parts by weight, carbon black 1.0 parts by weight, P
TFE departure (specific gravity 1.5, solid content 60
1.0% by weight, and the whole is mixed with 44 parts by weight of water.
A paste was prepared by kneading. [0052] This paste is made of nickel punched metal.
(Opening ratio: 45%), dried and roll-rolled
To produce a 0.3mm thick hydrogen storage alloy electrode (negative electrode)
Was. Table 1 shows the relationship between the nickel electrode and the hydrogen storage alloy electrode.
As shown in the above, sandwich each of the above separators
After making a laminate sheet with the hydrogen storage alloy electrode outside
Then, the various electrode groups 5 shown in FIG. 1 were manufactured. [0053] [Table 1]Then, using these electrode groups 5, an electrolytic solution
As a mixture of 7N KOH and 1N LiOH
AAA size nickel-hydrogen secondary with the structure shown in FIG.
A battery was manufactured. (4) Battery characteristics For each of the obtained batteries, the nominal capacity was reached at a temperature of 20 ° C.
After 150% charge at 0.2C, 1C
A charge / discharge cycle that discharges until the battery voltage reaches 1.0 V
Was repeated three times. After that, charge 150% at 0.2C
And store it in a thermostat at 45 ° C for 14 days
After storage, release the battery until the battery voltage reaches 1.0 V at 1C.
The remaining capacity was measured at that time. The nominal capacity of the battery is C0, The remaining capacity mentioned above
To C1And the following equation: 100 × C 1/ C0(%) Based
Then, the remaining capacity of each battery was calculated. The result is shown in FIG.
It was shown to. The following is clear from FIG. 1. When comparing Comparative Examples 2 and 3, the nickel electrodes
Even if they are the same, in other words, they have the same active material
In Comparative Example 2 using the separator A, the remaining battery capacity was lower.
Presence is about 3% higher. That is, sulfur dioxide gas and oxygen gas
Plasma treated in a mixed gas atmosphere consisting of
The battery using Parator A is
Better capacity than batteries using plasma-treated separator B
High survival rate. Therefore, the gas atmosphere containing sulfur element
The separator, which has been subjected to plasma treatment in air,
It turns out that it is useful for improving self-discharge characteristics. 2. When Comparative Examples 1 and 3 were compared,
The nickel pole A was used even if the
In Comparative Example 1, the remaining capacity of the battery was about 5% higher. Sand
Having an active material that has been subjected to heat treatment by microwaves
The battery using the nickel electrode A performs the above heat treatment.
Battery with nickel electrode B with active material
High capacity retention rate. From this, the cobalt higher order
Has nickel hydroxide with oxide formed as active material
Nickel electrode is used to improve the self-discharge characteristics of the battery.
It turns out to be useful. 3. When comparing Example 1 with Comparative Example 3,
Of the first embodiment using the nickel electrode A and the separator A
The battery has a remaining capacity of about 10% compared to the battery of Comparative Example 3.
high. In this case, the content of Example 1 with respect to Comparative Example 3
The improvement rate (about 10%) of the residual amount ratio was
The improvement rate (about 3%) of the capacity remaining rate of Comparative Example 2 and the comparative example
Improvement ratio of the remaining capacity ratio of Comparative Example 1 with respect to No. 3 (about 5%)
Is greater than the sum of That is, sulfur source
Separation treated with plasma in a gas atmosphere containing nitrogen
And cobalt hydroxide formed on the surface
Combination with nickel electrode having nickel as active material
If used, expected from using each alone
To improve beyond self-discharge characteristics
Can be Further, for each battery shown in Table 1, 1 C
(-ΔV) and the battery voltage reaches 1.0V at 1C
Repeat the charge / discharge cycle to discharge until each cycle
The time it takes for the battery voltage to reach 1.0V at 1C
The measurement was made to calculate the discharge capacity. And the discharge of Example 1
Cycle when capacity shows 60% of nominal capacity
The number was measured. The number of cycles at this time is a0(Times)
You. Also, the discharge capacity of each comparative example battery is the nominal capacity.
The number of cycles when a value of 60% was shown was measured. This
In this case, the number of cycles is a (times). And a × 1
00 / a0Is calculated as the cycle number ratio (%),
The results are shown in FIG. The following is clear from FIG.
You. 4. When Comparative Examples 2 and 3 are compared,
The number ratios are approximately equal. From this, sulfur dioxide gas and acid
Plasma treated in a mixed gas atmosphere with
Using a parator or in an oxygen gas atmosphere.
Even if a separator that has undergone a grit treatment is used, the resulting battery cannot be charged.
It can be seen that the discharge cycle life characteristics are substantially equal. 5. When Comparative Examples 1 and 3 were compared, the separators
Comparative Example 1 using nickel electrode A
However, the cycle number ratio is about 10% larger. That is, micro
Nickel electrode with active material heat-treated by waves
A battery using A is an active material that is not subjected to the heat treatment.
Cycle ratio than battery using nickel electrode B
Is big. From this, the cobalt higher oxide on the surface
Nickel having formed nickel hydroxide as active material
To improve the charge / discharge cycle life characteristics of the battery.
It is found to be useful. 6. When comparing Example 1 with Comparative Example 3,
Of the first embodiment using the nickel electrode A and the separator A
The battery had a cycle number ratio of about 20 compared to the battery of Comparative Example 3.
%high. Then, in this case, the comparison of Comparative Example 3 with Example 1
The improvement ratio of the cycle number ratio (about 20%) is
And the improvement ratio (about 0%) of the cycle number ratio of Comparative Example 2
The improvement ratio of the cycle number ratio of Comparative Example 1 to Comparative Example 3
(About 10%). sand
That is, hydroxyl hydroxide with a cobalt higher oxide formed on the surface
Nickel electrode with nickel as active material and sulfur element
Separator subjected to plasma treatment in a gas atmosphere containing
When combined with, or when each is used alone
Exceeds the expected improvement rate of charge / discharge cycle life characteristics
Thus, the improvement can be achieved. [0062] As is apparent from the above description, the present invention
Nickel-hydrogen secondary batteries have good self-discharge characteristics
High capacity retention rate even when stored for a long time at high temperature
And, as is clear from FIG.
Excellent life characteristics. In other words, self-discharge characteristics and charge / discharge
All of the electric cycle life characteristics are excellent.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のセパレータとニッケル極が組み込まれ
ている円筒形ニッケル・水素二次電池を示す一部切欠斜
視図である。 【図2】プラズマ処理装置を示す概略図である。 【図3】実施例と比較例の各電池の容量残存率を示すグ
ラフである。 【図4】実施例と比較例の各電池のサイクル数比(%)
を示すグラフである。 【符号の説明】 1 電池容器 2 ニッケル極(正極) 3 セパレータ 3A セパレータ材料 4 水素吸蔵合金電極(負極) 5 電極群 6 絶縁板 7 絶縁ガスケット 8 孔 9 封口板 10 リード端子 11 安全弁 12 正極端子 13 押さえ板 14 外装チューブ 15 密閉容器 16 アース電極 17 パワー電極 18 電源 19 減圧機構 20 ガス源供給機構
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a cylindrical nickel-metal hydride secondary battery incorporating a separator and a nickel electrode of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a plasma processing apparatus. FIG. 3 is a graph showing a remaining capacity ratio of each battery of an example and a comparative example. FIG. 4 is a cycle number ratio (%) of each battery of an example and a comparative example.
FIG. [Description of Signs] 1 Battery container 2 Nickel electrode (positive electrode) 3 Separator 3A Separator material 4 Hydrogen storage alloy electrode (negative electrode) 5 Electrode group 6 Insulating plate 7 Insulating gasket 8 Hole 9 Sealing plate 10 Lead terminal 11 Safety valve 12 Positive terminal 13 Holding plate 14 Outer tube 15 Airtight container 16 Earth electrode 17 Power electrode 18 Power supply 19 Decompression mechanism 20 Gas source supply mechanism

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4L031 CB05 DA00 DA08 5H028 AA05 BB06 BB10 EE05 EE10 FF04 FF05 5H050 AA07 AA09 BA14 CA03 CB17 DA10 DA19 EA12 EA16 EA21 GA01 GA10 GA21 GA22    ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    F term (reference) 4L031 CB05 DA00 DA08                 5H028 AA05 BB06 BB10 EE05 EE10                       FF04 FF05                 5H050 AA07 AA09 BA14 CA03 CB17                       DA10 DA19 EA12 EA16 EA21                       GA01 GA10 GA21 GA22

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 ニッケル極と水素吸蔵合金電極の間に合
成樹脂から成るセパレータが介装されている電極群をア
ルカリ電解液と一緒に電池容器の中に封入して成るニッ
ケル・水素二次電池において、 前記セパレータには少なくとも硫黄元素を含むガス雰囲
気中でプラズマ処理が施されており、かつ、前記ニッケ
ル極の活物質は、水酸化ニッケルを主体とする粉末と、
その一部または全部の表面に形成されたコバルトの高次
酸化物とから成ることを特徴とするニッケル・水素二次
電池。
Claims 1. An electrode group in which a separator made of a synthetic resin is interposed between a nickel electrode and a hydrogen storage alloy electrode is sealed in a battery container together with an alkaline electrolyte. In the nickel-hydrogen secondary battery, the separator is subjected to plasma treatment in a gas atmosphere containing at least a sulfur element, and the active material of the nickel electrode is a powder mainly composed of nickel hydroxide,
A nickel-hydrogen secondary battery comprising a cobalt higher oxide formed on part or all of the surface thereof.
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