JP2005235494A - Positive pole for nickel-hydrogen storage battery - Google Patents

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潔 熊谷
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佳文 曲
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain high output and to suppress reduction of storage characteristics involved in a charge-and-discharge cycle, in a positive pole for a nickel-hydrogen storage battery in which a positive pole active material is held by a positive pole supporter. <P>SOLUTION: In the positive pole for the nickel-hydrogen storage battery in which the positive pole active material is held by the positive pole supporter, a densified metal portion 3 is formed by a process such as welding a metal plate to an outer peripheral edge of the positive pole supporter 1. The densified metal portion 3 may be provided so that it may form a lattice shape inside the outer peripheral edge of the positive pole supporter 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ニッケル・水素蓄電池に用いる正極に関するものである。   The present invention relates to a positive electrode used for a nickel-hydrogen storage battery.

ニッケル・水素蓄電池に使用されるニッケル電極としては、いわゆる焼結式電極と非焼結式電極が知られている。焼結式電極は、パンチングメタル等の芯体にニッケル粉末を焼結して形成した焼結基板に、ニッケル塩の溶液を含浸し、アルカリ処理により活物質化した電極である。非焼結式電極は、発泡ニッケル(ニッケルスポンジ)などの三次元網目状構造を有する金属多孔体に、活物質スラリーを直接充填した電極である。これらの電極においては、高出力化させることが望まれており、特許文献1においては、焼結式電極の集電タブ取付部に帯状金属板を取り付けたり、あるいは非焼結式電極の芯体となる金属多孔体の集電タブ取付部に金属アルコキシドを付着させ、高密度金属部分を形成することが記載されている。   As a nickel electrode used for a nickel-hydrogen storage battery, a so-called sintered electrode and a non-sintered electrode are known. The sintered electrode is an electrode obtained by impregnating a sintered substrate formed by sintering nickel powder on a core body such as a punching metal and impregnating a nickel salt solution into an active material by alkali treatment. The non-sintered electrode is an electrode in which an active material slurry is directly filled in a porous metal body having a three-dimensional network structure such as foamed nickel (nickel sponge). In these electrodes, it is desired to increase the output. In Patent Document 1, a band-shaped metal plate is attached to the current collecting tab attachment portion of the sintered electrode, or the core of the non-sintered electrode. It describes that metal alkoxide is adhered to the current collector tab mounting portion of the porous metal body to form a high-density metal portion.

しかしながら、近年、急速に普及しているハイブリッド電気自動車用用途へのニッケル・水素蓄電池などにおいては、さらに高出力化することが望まれており、サイクルに伴う保存特性の低下を抑制することが望まれている。
特開2001−283863号公報
However, in recent years, nickel-hydrogen storage batteries for hybrid electric vehicles, which are rapidly spreading, are desired to have higher output, and it is hoped to suppress the deterioration of storage characteristics due to cycles. It is rare.
JP 2001-283863 A

本発明の目的は、高出力化を図ることができ、かつ充放電サイクルに伴う保存特性の低下を抑制することができるニッケル・水素蓄電池用正極を提供することにある。   The objective of this invention is providing the positive electrode for nickel hydrogen storage batteries which can aim at high output and can suppress the fall of the storage characteristic accompanying a charging / discharging cycle.

本発明は、正極支持体に正極活物質が保持されたニッケル・水素蓄電池用正極であり、正極支持体の外周縁部が高金属密度化されていることを特徴としている。   The present invention is a nickel-hydrogen storage battery positive electrode in which a positive electrode active material is held on a positive electrode support, and the outer peripheral edge of the positive electrode support has a high metal density.

本発明者らは、ニッケル・水素蓄電池において高電流密度でのサイクル進行後、保存特性が悪くなる原因について検討した結果、正極集電体に近いセパレータの部分にのみ、電極から溶出したコバルト等の化合物が局所的に多量に析出し、セパレータの絶縁性が低下することが原因であることを見い出した。このコバルト等の析出は、正極集電体の導電性が低いため、高電流密度の充放電において、電極反応が集電体近傍に集中することによるものと思われる。また、正極集電体の熱伝導性が低いため、集電体近傍に熱が蓄積されるためであると思われる。   As a result of investigating the cause of deterioration in storage characteristics after progress of a cycle at a high current density in a nickel-hydrogen storage battery, the present inventors found that only the part of the separator close to the positive electrode current collector had cobalt eluted from the electrode. It has been found that the cause is that the compound is deposited in a large amount locally and the insulation of the separator is lowered. This precipitation of cobalt or the like is presumably due to the fact that the electrode reaction concentrates in the vicinity of the current collector during charge and discharge at a high current density because the conductivity of the positive electrode current collector is low. Moreover, it seems that heat is accumulated in the vicinity of the current collector because the positive electrode current collector has low thermal conductivity.

本発明に従い、正極支持体(正極集電体)の外周縁部を高金属密度化することにより、電極反応を電極内において均一に行わせることができ、コバルト等の化合物の析出を抑制することができる。このため、高出力化を図ることができ、充放電サイクル後における保存特性を向上させることができる。   In accordance with the present invention, by increasing the metal density at the outer peripheral edge of the positive electrode support (positive electrode current collector), the electrode reaction can be performed uniformly in the electrode, and the precipitation of compounds such as cobalt is suppressed. Can do. For this reason, high output can be achieved and the storage characteristics after the charge / discharge cycle can be improved.

また、本発明においては、正極集電体の外周縁部の内側にも高金属密度化部分が格子状になるように設けられていることが好ましい。特に、正極支持体の面積が大きくなる場合には、高金属密度化部分が格子状に設けられていることが好ましい。高金属密度化部分を格子状に設ける場合の具体的な態様は、外周縁部に設けられた高金属密度化部分の対向する上辺と下辺及び/または左辺と右辺を結ぶように高金属密度化部分を線状に設ける態様が挙げられる。   Moreover, in this invention, it is preferable to provide so that a high metal density-density part may also become a grid | lattice also inside the outer periphery part of a positive electrode electrical power collector. In particular, when the area of the positive electrode support is large, it is preferable that the high-density metal density portions are provided in a lattice shape. The specific aspect of providing the high metal density portion in a grid pattern is to increase the metal density so that the upper and lower sides and / or the left side and the right side of the high metal density portion provided on the outer peripheral edge are opposed to each other. The aspect which provides a part in linear form is mentioned.

また、本発明においては、高金属密度化部分の面積をA、正極支持体全体の面積をBとしたとき、A≦0.4Bの条件を満たすように高金属密度化部分が形成されていることが好ましい。この条件を満たすように高金属密度化部分を形成することにより、出力と電池容量を共に兼ね備えた蓄電池とすることができる。   In the present invention, when the area of the high metal density portion is A and the area of the whole positive electrode support is B, the high metal density portion is formed so as to satisfy the condition of A ≦ 0.4B. It is preferable. By forming the high metal density portion so as to satisfy this condition, a storage battery having both output and battery capacity can be obtained.

本発明のニッケル・水素蓄電池用正極は、いわゆる焼結式正極であってもよいし、非焼結式正極であってもよい。   The positive electrode for nickel-hydrogen storage battery of the present invention may be a so-called sintered positive electrode or a non-sintered positive electrode.

本発明の正極が焼結式正極である場合には、正極支持体として、パンチングメタルを用いることができる。パンチングメタルに高金属密度化部分を形成する1つの方法としては、パンチングメタルに金属板を溶接する方法が挙げられる。その他の方法としては、パンチングメタルにおいて、パンチング部分を形成しないことにより高金属密度化部分を形成する方法が挙げられる。従って、例えば、外周縁部にパンチング部分が形成されていないパンチングメタルを用いることにより、外周縁部に高金属密度化部分を形成することができる。また、さらに他の方法として、パンチングメタルの外周縁部の厚みを厚くすることにより、高金属密度化部分を形成してもよい。   When the positive electrode of the present invention is a sintered positive electrode, punching metal can be used as the positive electrode support. One method for forming the high metal density portion on the punching metal is to weld a metal plate to the punching metal. As another method, in the punching metal, there is a method of forming the high metal density portion by not forming the punching portion. Therefore, for example, by using a punching metal in which no punching portion is formed on the outer peripheral edge portion, a high metal density portion can be formed on the outer peripheral edge portion. As still another method, the metal-enriched portion may be formed by increasing the thickness of the outer peripheral edge of the punching metal.

本発明の正極が非焼結式正極である場合には、正極支持体として、発泡ニッケル(ニッケルスポンジ)などの三次元網目状構造を有する金属多孔体を用いることができる。この金属多孔体に高金属密度化部分を形成する1つの方法としては、金属多孔体に金属板を溶接する方法が挙げられる。他の方法としては、金属多孔体の一部の目付けを高めることにより高金属密度化部分を形成する方法が挙げられる。さらに他の方法としては、特許文献1に開示された、金属アルコキシドを付着させた後この部分を熱処理する方法などが挙げられる。   When the positive electrode of the present invention is a non-sintered positive electrode, a porous metal body having a three-dimensional network structure such as foamed nickel (nickel sponge) can be used as the positive electrode support. One method for forming the highly metal densified portion in the porous metal body is to weld a metal plate to the porous metal body. As another method, a method of forming a high metal density portion by increasing the basis weight of a part of the metal porous body can be mentioned. Still other methods include a method disclosed in Patent Document 1 in which a metal alkoxide is deposited and then this portion is heat-treated.

本発明に従い、正極支持体の外周縁部に高金属密度化部分を形成することにより、電極内における反応を均一にすることができる。また、正極支持体の熱伝導性を高めることができる。このため、正極の部分的な過放電によるコバルトなどの溶出を抑制することができ、高い出力が得られると共に、充放電サイクル後の保存特性を向上させることができる。   In accordance with the present invention, the reaction in the electrode can be made uniform by forming the high metal density portion on the outer peripheral edge of the positive electrode support. In addition, the thermal conductivity of the positive electrode support can be increased. For this reason, elution of cobalt or the like due to partial overdischarge of the positive electrode can be suppressed, high output can be obtained, and storage characteristics after the charge / discharge cycle can be improved.

以下、サイクル進行後の保存特性が悪くなる原因について見い出した実験について説明する。   Hereinafter, an experiment that has been found about the cause of the deterioration of the storage characteristics after the cycle progresses will be described.

(参考実験)
〔負極の作製〕
組成式がMmNi3.2Co1.0Al0.7Mn0.1(但し、MmはLa:Ce:Pr:Nd=25:50:6:19(重量比)からなるミッシュメタル)で表される水素吸蔵合金粒子(平均粒径が50μm)100重量部に、結着剤としてのPEO(ポリエチレンオキシド)1.0重量部と少量の水を加え、均一に混合してペーストを調製し、このペーストをニッケルめっきしたパンチングメタル(集電体)の両面に均一に塗布し、乾燥し、圧延して、水素吸蔵合金電極を作製した。
(Reference experiment)
(Production of negative electrode)
Hydrogen storage alloy particles represented by a composition formula MmNi 3.2 Co 1.0 Al 0.7 Mn 0.1 (where Mm is a misch metal composed of La: Ce: Pr: Nd = 25: 50: 6: 19 (weight ratio)) (average Punching metal in which 1.0 part by weight of PEO (polyethylene oxide) as a binder and a small amount of water are added to 100 parts by weight of a particle size of 50 μm and mixed uniformly to prepare a paste. A hydrogen storage alloy electrode was produced by uniformly applying to both sides of the (current collector), drying, and rolling.

〔正極の作製〕
まず、多孔度85%のニッケル焼結基板に、硝酸コバルトと硝酸亜鉛を加えた硝酸ニッケル水溶液を化学含浸法により含浸させて、正極活物質を充填した。この後、これを3重量%の硝酸イットリウム水溶液に含浸させた後、80℃の25%NaO水溶液中に浸漬させてニッケル焼結基板の上に充填された活物質の上に水酸化イットリウムの被覆層を形成し、ニッケル正極を作製した。この時の水酸化イットリウムの量は、活物質と合わせた全充填量に対して約3%であった。
[Production of positive electrode]
First, a nickel sintered substrate having a porosity of 85% was impregnated with a nickel nitrate aqueous solution containing cobalt nitrate and zinc nitrate by a chemical impregnation method, and filled with a positive electrode active material. Then, after impregnating it in a 3% by weight yttrium nitrate aqueous solution, it was immersed in a 25% NaO aqueous solution at 80 ° C. and coated with yttrium hydroxide on the active material filled on the nickel sintered substrate. A layer was formed to prepare a nickel positive electrode. The amount of yttrium hydroxide at this time was about 3% with respect to the total filling amount combined with the active material.

〔ニッケル・水素蓄電池の作製〕
上記の負極と正極を使用し、またセパレータとして、ポリオレフィン樹脂製の不織布を用いて、正極、セパレータ、及び負極をスパイラル状に巻きつけた渦巻電極体を作製し、この渦巻電極体を電池缶内に挿入し、30重量%水酸化カリウム水溶液を電池缶内に注液し、その後封口して、容量約1000mAhの円筒密閉型のニッケル・水素蓄電池を作製した。
[Production of nickel-hydrogen storage battery]
Using the above-described negative electrode and positive electrode and using a polyolefin resin nonwoven fabric as a separator, a spiral electrode body in which the positive electrode, the separator, and the negative electrode are spirally wound is prepared, and this spiral electrode body is placed in the battery can. Then, a 30 wt% potassium hydroxide aqueous solution was poured into the battery can, and then sealed to produce a cylindrical sealed nickel-hydrogen storage battery having a capacity of about 1000 mAh.

〔ニッケル・水素蓄電池の活性化〕
上記のニッケル・水素蓄電池を、25℃の温度条件の下で、100mAで15時間充電させた後、1000mAで1.0Vまで放電させ、これを1サイクルとして、5サイクルの充放電を繰り返して、活性化させた。
[Activation of nickel-hydrogen storage batteries]
The above nickel-hydrogen storage battery was charged at 100 mA for 15 hours under a temperature condition of 25 ° C., then discharged to 1.0 V at 1000 mA, and this was regarded as one cycle, and 5 cycles of charge / discharge were repeated, Activated.

以上のようにして得られたニッケル・水素蓄電池について、活性化直後及び1万サイクル後の保存特性を測定した。サイクル条件、及び保存特性の測定条件は以下の通りである。   The nickel-hydrogen storage battery obtained as described above was measured for storage characteristics immediately after activation and after 10,000 cycles. Cycle conditions and measurement conditions for storage characteristics are as follows.

(サイクル試験条件)
1000mAにて、400mAh(充電深度40%)まで充電した。その後、10Aにて200mAh充電、200mAh放電を行い、この10Aでの充放電を1サイクルとして、サイクルを繰り返した。但し、充電効率は、放電効率と比較し低いため、最初の充電で到達した充電深度は、サイクルと共に低下する。そこで、1000サイクル毎に、電池電圧が1.0Vとなるまで放電し、再び400mAh(充電深度40%)まで充電するという充電深度調整を実施した後、再び10Aでのサイクルを繰り返した。
(Cycle test conditions)
The battery was charged at 1000 mA up to 400 mAh (charge depth 40%). Then, 200 mAh charge and 200 mAh discharge were performed at 10 A, and the cycle was repeated with the charge and discharge at 10 A as one cycle. However, since the charging efficiency is lower than the discharging efficiency, the charging depth reached in the first charging decreases with the cycle. Then, after performing the charge depth adjustment of discharging until the battery voltage became 1.0 V every 1000 cycles and charging again to 400 mAh (charge depth 40%), the cycle at 10 A was repeated again.

(保存特性の測定条件)
上記のサイクル試験前及びサイクル試験後の各電池について、以下のようにして保存特性を測定した。
(Measurement conditions for storage characteristics)
The storage characteristics of each battery before and after the cycle test were measured as follows.

25℃にて500mAで1.6時間充電させた後、500mAで1.0Vまで放電させた。その後、再度25℃にて500mAで1.6時間充電させた後、45℃雰囲気中に7日間放置し、その後25℃にて500mAで1.0Vまで放電させた。45℃雰囲気中の放電前後の放電容量について、以下の式のように容量維持率を定義し、この容量維持率を比較することによって、各電池の保存特性を評価した。   After being charged at 500 mA for 1.6 hours at 25 ° C., it was discharged to 1.0 V at 500 mA. Thereafter, the battery was again charged at 500 mA at 25 ° C. for 1.6 hours, then left in a 45 ° C. atmosphere for 7 days, and then discharged at 25 ° C. and 500 mA to 1.0 V. For the discharge capacity before and after discharge in a 45 ° C. atmosphere, the capacity retention rate was defined as in the following equation, and the storage characteristics of each battery were evaluated by comparing the capacity retention rates.

容量維持率=(45℃雰囲気中放置後放電容量)/(45℃雰囲気中放置前放電容量)
サイクル前及びサイクル後の各電池の保存特性(容量維持率)を表1に示す。
Capacity retention rate = (discharge capacity after standing in 45 ° C. atmosphere) / (discharge capacity before standing in 45 ° C. atmosphere)
Table 1 shows the storage characteristics (capacity maintenance ratio) of each battery before and after the cycle.

Figure 2005235494
表1に示す結果から明らかなように、サイクル後の容量維持率は、サイクル前と比べ急激に低下している。従って、サイクルの進行により、保存特性が著しく悪くなることがわかる。
Figure 2005235494
As is clear from the results shown in Table 1, the capacity retention rate after the cycle is drastically decreased as compared to before the cycle. Therefore, it can be seen that the storage characteristics are remarkably deteriorated as the cycle progresses.

上記の原因を調べるため、サイクル前後のセパレータの観察を行ったところ、サイクル前及びサイクル後のいずれのセパレータにおいても、黒茶色の析出物の存在が確認された。しかしながら、サイクル前においては、その析出物がセパレータ全体にほぼ均一に存在していたのに対し、サイクル後においては、セパレータの正極集電体に近い部分に集中して多量の析出物が存在していることが確認された。図5は、このセパレータを示す写真である。図5に示すように、上端近傍部分に多量の析出物が存在している。   In order to investigate the cause, the separators before and after the cycle were observed, and the presence of black-brown precipitates was confirmed in both the separators before and after the cycle. However, before the cycle, the precipitate was present almost uniformly throughout the separator, but after the cycle, a large amount of precipitate was concentrated in the portion near the positive electrode current collector of the separator. It was confirmed that FIG. 5 is a photograph showing this separator. As shown in FIG. 5, a large amount of precipitates exist in the vicinity of the upper end.

次に、サイクル前後のセパレータの以下の各部分について、蛍光X線測定によりコバルトの量を測定した。   Next, the amount of cobalt was measured by fluorescent X-ray measurement for the following portions of the separator before and after the cycle.

・サイクル前:正極集電体に近い部分(集電体から3mmの部分)
・サイクル前:正極集電体と負極集電体の間の中間部分(正極集電体及び負極集電体から20mmの部分)
・サイクル後:正極集電体に近い部分(集電体から3mmの部分)
・サイクル後:正極集電体と負極集電体の間の中間部分(正極集電体及び負極集電体から20mmの部分)
測定結果を表2に示す。なお、この測定においては、数値が高いほどコバルトの存在量が多い。
・ Before cycle: A part close to the positive electrode current collector (3 mm from the current collector)
Before cycle: Intermediate part between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector (a part 20 mm from the positive electrode current collector and the negative electrode current collector)
-After cycle: Part close to the positive electrode current collector (3 mm from the current collector)
-After cycle: Intermediate part between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector (a part 20 mm from the positive electrode current collector and the negative electrode current collector)
The measurement results are shown in Table 2. In this measurement, the higher the numerical value, the more cobalt is present.

Figure 2005235494
表2に示す結果から明らかなように、サイクル後のセパレータの正極集電体に近い部分において、多量のコバルトが析出していることが確認された。このコバルトは、高電流でのサイクル進行に伴い、正極の部分的な過放電により還元されたコバルト、及びアルカリ電解液によって負極の合金が酸化され、合金から溶出したものであると考えられる。この溶出したコバルトが、セパレータ上に析出することにより、セパレータの絶縁性が低下することによって、保存特性が悪くなっていたものと考えられる。
Figure 2005235494
As is clear from the results shown in Table 2, it was confirmed that a large amount of cobalt was deposited in a portion near the positive electrode current collector of the separator after the cycle. It is considered that this cobalt is eluted from the alloy by oxidation of the alloy of the negative electrode by cobalt reduced by partial overdischarge of the positive electrode and the alkaline electrolyte as the cycle progresses at a high current. It is considered that the storage characteristics were deteriorated due to a decrease in the insulating properties of the separator due to precipitation of the eluted cobalt on the separator.

この部分にコバルトが集中して析出する原因としては、集電体付近での反応集中による正極の部分的な過放電、さらには集電体近傍の温度が高くなり、負極合金の酸化劣化速度が大きくなり、コバルトが多量に溶出し、この部分において局部的に多量にコバルトが析出するためであると考えられる。   The reason why cobalt concentrates and precipitates in this part is that partial overdischarge of the positive electrode due to reaction concentration in the vicinity of the current collector, and further the temperature in the vicinity of the current collector becomes high, and the oxidation deterioration rate of the negative electrode alloy This is considered to be because a large amount of cobalt is eluted and a large amount of cobalt precipitates locally in this portion.

このような反応の不均化は、正極集電体(正極支持体)中の導電抵抗が大きいために、電極の集電体付近に反応が集中することで引き起こされると考えられる。   Such disproportionation of the reaction is considered to be caused by the concentration of the reaction in the vicinity of the current collector of the electrode because the conductive resistance in the positive electrode current collector (positive electrode support) is large.

本発明においては、正極集電体(正極支持体)の外周縁部に高金属密度化部分を形成することにより、電極内での反応を均一化させ、このようなコバルトの局部的な析出を抑制させることができる。このため、高出力化を図ることができ、サイクル後の保存特性を向上させることができる。また、高金属密度化部分を形成することにより、熱伝導性も向上するため、集電体付近に熱が蓄積されることなく、電池内の熱拡散速度を高めることができ、コバルトの溶出を抑制することができる。従って、このことによっても、出力を高め、サイクル後の保存特性を向上させることができる。   In the present invention, by forming a metal-enriched portion at the outer peripheral edge of the positive electrode current collector (positive electrode support), the reaction in the electrode is made uniform, and such local precipitation of cobalt is prevented. Can be suppressed. For this reason, high output can be achieved and the storage characteristics after the cycle can be improved. In addition, since the heat conductivity is improved by forming the high metal density portion, the heat diffusion rate in the battery can be increased without accumulating heat in the vicinity of the current collector, and the elution of cobalt. Can be suppressed. Therefore, this also increases the output and improves the storage characteristics after the cycle.

(実施例)
図1は、本発明に従う一実施例の正極支持体(正極集電体)を示す正面図である。本実施例における正極は、焼結式正極であり、正極支持体としては、パンチングメタル1が用いられている。パンチングメタル1には、パンチング部分2が形成されている。パンチングメタル1としては、ニッケル(Ni)製のパンチングメタルが用いられており、パンチングメタル1の厚みは0.10mm、パンチング部分2の開孔率は30%である。また、パンチングメタル1の縦方向の寸法は42mmであり、横方向の寸法は130mmである。パンチングメタル1の体積は0.38cm3である。
(Example)
FIG. 1 is a front view showing a positive electrode support (positive electrode current collector) of one embodiment according to the present invention. The positive electrode in this example is a sintered positive electrode, and the punching metal 1 is used as the positive electrode support. A punching portion 2 is formed on the punching metal 1. As the punching metal 1, a punching metal made of nickel (Ni) is used. The punching metal 1 has a thickness of 0.10 mm, and the punching portion 2 has a hole area ratio of 30%. Moreover, the vertical dimension of the punching metal 1 is 42 mm, and the horizontal dimension is 130 mm. The volume of the punching metal 1 is 0.38 cm 3 .

本実施例においては、パンチングメタル1の外周縁部に、ニッケル(Ni)板がスポット溶接されることにより、高金属密度化部分3が形成されている。高金属密度化部分3は、図1に示すように連続して形成されていることが好ましい。溶接されているニッケル板の厚みは0.20mmであり、その幅は3mmである。高金属密度化部分3の面積は9.96cm2であり、その厚みは0.40mmであり、その体積は0.3984cm3である。 In this embodiment, a nickel (Ni) plate is spot-welded to the outer peripheral edge of the punching metal 1 to form the high metal density portion 3. The highly metal densified portion 3 is preferably formed continuously as shown in FIG. The welded nickel plate has a thickness of 0.20 mm and a width of 3 mm. The area of the highly metal densified portion 3 is 9.96 cm 2 , its thickness is 0.40 mm, and its volume is 0.3984 cm 3 .

高金属密度化部分を形成した場合と、形成しない場合についての正極支持体の外周縁部の金属の体積は、以下の通りとなる。   The volume of the metal at the outer peripheral edge of the positive electrode support in the case where the high metal density portion is formed and in the case where the high metal density portion is not formed is as follows.

・高金属密度化部分を形成した場合:9.96(cm2)×0.040(cm)+9.96(cm2)×0.010(cm)×0.70=0.468(cm3
・高金属密度化部分を形成しない場合:9.96(cm2)×0.010(cm)×0.70=0.070(cm3
従って、高金属密度化部分を形成することにより、正極支持体の外周縁部においては、金属の体積が約7倍となり、その電気抵抗は約1/7となる。また、正極支持体の外周縁部における金属の体積は、上記のように約0.47cm3であり、パンチングメタル全体の体積(0.38cm2)を上回っている。従って、高金属密度化部分を形成しない従来の場合において電極上部から下部へと流れていた電流の半分以上は、高金属密度化部分の形成により、電極の外周縁部を通ることとなり、大電流での充放電時に反応が起こりにくい電極下部での反応を促進することができる。
When a high metal density portion is formed: 9.96 (cm 2 ) × 0.040 (cm) +9.96 (cm 2 ) × 0.010 (cm) × 0.70 = 0.468 (cm 3) )
When not forming a high metal density portion: 9.96 (cm 2 ) × 0.010 (cm) × 0.70 = 0.070 (cm 3 )
Therefore, by forming the high metal density portion, the metal volume becomes about 7 times and the electric resistance becomes about 1/7 at the outer peripheral edge of the positive electrode support. Moreover, the volume of the metal in the outer periphery part of a positive electrode support body is about 0.47 cm < 3 > as mentioned above, and exceeds the volume (0.38 cm < 2 >) of the whole punching metal. Therefore, more than half of the current flowing from the upper part of the electrode to the lower part in the conventional case in which the high metal density part is not formed passes through the outer peripheral edge of the electrode due to the formation of the high metal density part. It is possible to promote the reaction at the lower part of the electrode where the reaction hardly occurs during charging and discharging.

また、正極支持体の抵抗により発生するジュール熱は、次の式により定義される。   The Joule heat generated by the resistance of the positive electrode support is defined by the following equation.

ジュール熱(P)=電流(I)×電流(I)×抵抗(R)
この場合の抵抗は同じ種類の金属であれば、金属の体積で決まるため、外周縁部に高金属密度化部分を形成することにより、発生する総熱量を半分以下にすることができる。さらに、発生する熱の多くは電池外部へ放熱しやすい電極の外周縁部で発生するので、電極内部に熱が蓄積されることを防止することができ、電池の温度上昇も抑制することができる。
Joule heat (P) = current (I) x current (I) x resistance (R)
The resistance in this case is determined by the volume of the metal if the same kind of metal is used. Therefore, the total amount of heat generated can be reduced to half or less by forming a high metal density portion at the outer peripheral edge. Furthermore, since most of the heat generated is generated at the outer peripheral edge of the electrode that easily dissipates heat to the outside of the battery, it is possible to prevent heat from being accumulated inside the electrode and to suppress the temperature rise of the battery. .

高金属密度化部分の面積が大きいほど、導電性は向上するが、活物質容量は減少する。ここで、電極の反応性(出力)は、正極支持体の導電性と活物質の反応性(=活物質量)に依存する。高金属密度化部分の面積をA、正極支持体全体の面積をBとしたときのA/B(高金属密度化比)と、出力(A/B=0のときの出力を1とした場合の相対出力値)の関係は、表3及び図4に示すようになる。   As the area of the high metal density portion increases, the conductivity improves, but the active material capacity decreases. Here, the reactivity (output) of the electrode depends on the conductivity of the positive electrode support and the reactivity of the active material (= active material amount). A / B (high metal density ratio) when the area of the high metal density portion is A and B is the area of the entire positive electrode support, and the output (output when A / B = 0) is 1. The relative output value) is as shown in Table 3 and FIG.

Figure 2005235494
出力と電池容量を共に兼ね備えた設計とするためには、表3及び図4に示すように、高金属密度化部分の面積Aと正極支持体全体の面積Bの関係は、A≦0.4Bであることが好ましく、さらに好ましくは0.1B≦A≦0.3Bである。
Figure 2005235494
In order to achieve a design that combines both output and battery capacity, as shown in Table 3 and FIG. 4, the relationship between the area A of the high metal density portion and the area B of the entire positive electrode support is A ≦ 0.4B. It is preferable that 0.1B ≦ A ≦ 0.3B.

上記の実施例においては、ニッケル板を溶接することにより、高金属密度化部分を形成しているが、Niに代えて、Ag、Au、Pt、Feなどのアルカリ水溶液中で安定な他の金属を用いてもよい。また、表面にNiめっき等を施した金属を用いてもよい。   In the above embodiment, the nickel metal plate is welded to form the high metal density portion, but instead of Ni, other metals that are stable in an alkaline aqueous solution such as Ag, Au, Pt, and Fe are used. May be used. Moreover, you may use the metal which gave Ni plating etc. on the surface.

図2は、本発明に従う他の実施例における正極支持体を示す正面図である。本実施例では、パンチングメタル1の外周縁部に高金属密度化部分3を形成するとともに、パンチングメタル1の上方端と下方端を結ぶように縦方向に高金属密度化部分4を形成し、高金属密度化部分3及び4が格子状になるように設けられている。   FIG. 2 is a front view showing a positive electrode support in another embodiment according to the present invention. In the present embodiment, the high metal density portion 3 is formed on the outer peripheral edge of the punching metal 1, and the high metal density portion 4 is formed in the vertical direction so as to connect the upper end and the lower end of the punching metal 1, The high metal density portions 3 and 4 are provided in a lattice shape.

図3は、本発明に従うさらに他の実施例における正極支持体を示す正面図である。本実施例では、縦方向に高金属密度化部分4を形成するとともに、パンチングメタル1の対向する側方端を結ぶ線状の高金属密度化部分5をさらに形成している。   FIG. 3 is a front view showing a positive electrode support in yet another embodiment according to the present invention. In the present embodiment, the highly metal-enriched portion 4 is formed in the vertical direction, and a linear metal-enriched portion 5 that connects the opposing side ends of the punching metal 1 is further formed.

図2及び図3に示すように、高金属密度化部分を格子状になるように設けることにより、電極内での反応をさらに均一化させることができ、保存特性をさらに向上させることができる。   As shown in FIGS. 2 and 3, by providing the high metal density portion in a lattice shape, the reaction in the electrode can be made more uniform, and the storage characteristics can be further improved.

本発明に従う一実施例の正極支持体を示す正面図。The front view which shows the positive electrode support body of one Example according to this invention. 本発明に従う他の実施例の正極支持体を示す正面図。The front view which shows the positive electrode support body of the other Example according to this invention. 本発明に従うさらに他の実施例の正極支持体を示す正面図。The front view which shows the positive electrode support body of the further another Example according to this invention. 高金属密度化比(A/B)と出力の関係を示す図。The figure which shows the relationship between high metal density ratio (A / B) and an output. コバルトが析出したセパレータの状態を示す正面図。The front view which shows the state of the separator which cobalt precipitated.

符号の説明Explanation of symbols

1…パンチングメタル
2…パンチング部分
3,4,5…高金属密度化部分
1 ... Punching metal 2 ... Punching part 3, 4, 5 ... High metal density part

Claims (9)

正極支持体に正極活物質が保持されたニッケル・水素蓄電池用正極において、前記正極支持体の外周縁部が高金属密度化されていることを特徴とするニッケル・水素蓄電池用正極。   A positive electrode for a nickel / hydrogen storage battery, wherein the positive edge support has a high metal density in the outer peripheral edge of the positive electrode for a nickel / hydrogen storage battery in which a positive electrode active material is held on the positive electrode support. 前記正極支持体の外周縁部の内側にも高金属密度化部分が格子状になるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載のニッケル・水素蓄電池用正極。   2. The nickel-hydrogen storage battery positive electrode according to claim 1, wherein high-density metal density portions are also provided inside the outer peripheral edge of the positive electrode support so as to form a lattice pattern. 前記高金属密度化部分の面積をA、正極支持体全体の面積をBとしたとき、A≦0.4Bの条件を満たすように前記高金属密度化部分が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のニッケル・水素蓄電池用正極。   When the area of the high metal density portion is A and the area of the whole positive electrode support is B, the high metal density portion is formed so as to satisfy the condition of A ≦ 0.4B. The positive electrode for a nickel-hydrogen storage battery according to claim 1 or 2. 前記正極支持体が、焼結式正極に用いられるパンチングメタルであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のニッケル・水素蓄電池用正極。   The positive electrode for nickel-hydrogen storage battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the positive electrode support is a punching metal used for a sintered positive electrode. 前記高金属密度化部分が、パンチングメタルに金属板を溶接することにより形成されていることを特徴とする請求項4に記載のニッケル・水素蓄電池用正極。   5. The nickel-hydrogen storage battery positive electrode according to claim 4, wherein the metal-enriched portion is formed by welding a metal plate to a punching metal. 前記高金属密度化部分が、パンチングメタルにおいてパンチング部分を形成しないことにより形成されていることを特徴とする請求項4に記載のニッケル・水素蓄電池用正極。   5. The positive electrode for a nickel-hydrogen storage battery according to claim 4, wherein the high metal density portion is formed by not forming a punching portion in the punching metal. 前記正極支持体が、非焼結式正極に用いられる三次元網目状構造を有する金属多孔体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のニッケル・水素蓄電池用正極。   The positive electrode for nickel-hydrogen storage battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the positive electrode support is a porous metal body having a three-dimensional network structure used for a non-sintered positive electrode. . 前記高金属密度化部分が、金属多孔体に金属板を溶接することにより形成されていることを特徴とする請求項7に記載のニッケル・水素蓄電池用正極。   The positive electrode for nickel-hydrogen storage battery according to claim 7, wherein the high-metal density portion is formed by welding a metal plate to a metal porous body. 前記高金属密度化部分が、金属多孔体の一部の目付けを高めることにより形成されていることを特徴とする請求項7に記載のニッケル・水素蓄電池用正極。
The positive electrode for a nickel-hydrogen storage battery according to claim 7, wherein the high metal density portion is formed by increasing the basis weight of a part of the metal porous body.
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