JP2012204177A - Cobalt-free alkaline secondary battery - Google Patents

Cobalt-free alkaline secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP2012204177A
JP2012204177A JP2011068463A JP2011068463A JP2012204177A JP 2012204177 A JP2012204177 A JP 2012204177A JP 2011068463 A JP2011068463 A JP 2011068463A JP 2011068463 A JP2011068463 A JP 2011068463A JP 2012204177 A JP2012204177 A JP 2012204177A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
cobalt
carbon
active material
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011068463A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoaki Takasaki
智昭 高▲崎▼
Kazuya Nishimura
和也 西村
Hiroshi Fukunaga
浩 福永
Kazuo Tsutsumi
香津雄 堤
Makoto Saito
誠 斉藤
Takashi Mukai
孝志 向井
Tetsuo Sakai
哲男 境
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Heavy Industries Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Heavy Industries Ltd, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority to JP2011068463A priority Critical patent/JP2012204177A/en
Publication of JP2012204177A publication Critical patent/JP2012204177A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alkaline secondary battery in which both positive electrode and negative electrode are made cobalt free.SOLUTION: An alkaline secondary battery of the present invention includes: a positive electrode having a positive electrode material containing no cobalt; a negative electrode having a negative electrode material containing no cobalt; an electrolyte comprising an alkaline aqueous solution; and a separator. The positive electrode material is preferably a positive electrode active material having a surface coated with carbon, specifically, nickel hydroxide having a surface coated with carbon. The negative electrode active material is preferably a hydrogen storage alloy represented by chemical formula 1: REMgNiAl(RE represents an alkaline rare earth element, and 0.05≤x≤0.3, 2.9≤y≤4.4 and 0.1≤z≤0.3 are satisfied). The electrolyte is preferably an aqueous solution containing potassium hydroxide and lithium hydroxide.

Description

本発明は、正極及び負極の活物質がコバルトを含有しないことを特徴とするアルカリ二次電池に関する。   The present invention relates to an alkaline secondary battery characterized in that the active material of the positive electrode and the negative electrode does not contain cobalt.

近年、アルカリ二次電池は、正極に水酸化ニッケルを用い、負極に水素吸蔵合金を用いたニッケル−水素電池が主流になっている。ニッケル−水素電池以外のアルカリ二次電池としては、ニッケル−鉄電池、ニッケル−亜鉛電池、又はニッケル−カドミウム電池がある。これらのアルカリ二次電池は、ニッケル−水素電池と比較すると、利用率が低い、サイクル寿命が短い、体積容量密度が低い、という問題をそれぞれ有している。1980年代までは、ニッケル−カドミウム電池が、代表的な充電式アルカリ電池として、二次電池のシェアを占めていた。しかし、ほぼ同等の電圧であり、容量が大きく、環境負荷も小さいニッケル−水素電池に置き換えられていった。   In recent years, nickel-hydrogen batteries using nickel hydroxide for the positive electrode and a hydrogen storage alloy for the negative electrode have become the mainstream of alkaline secondary batteries. Examples of the alkaline secondary battery other than the nickel-hydrogen battery include a nickel-iron battery, a nickel-zinc battery, and a nickel-cadmium battery. These alkaline secondary batteries have problems such as low utilization, short cycle life, and low volumetric capacity density as compared to nickel-hydrogen batteries. Until the 1980s, nickel-cadmium batteries accounted for the share of secondary batteries as a typical rechargeable alkaline battery. However, it has been replaced with a nickel-hydrogen battery that has almost the same voltage, a large capacity, and a small environmental load.

ニッケル−水素電池は、小型機器又はハイブリッド自動車への利用に加え、鉄道車両又は地上蓄電設備のような大型産業機器への利用が進められている。従来、ニッケル−水素電池では、正極利用率を向上させる導電助剤として、正極材にコバルトが添加されてきた。ニッケル−水素電池では、合金の微粉化を抑制して、電極を長寿命化させる目的で、負極活物質にもコバルトが添加されてきた。 Nickel-hydrogen batteries are being used in large-scale industrial equipment such as railway vehicles or ground storage facilities in addition to use in small equipment or hybrid vehicles. Conventionally, in a nickel-hydrogen battery, cobalt has been added to a positive electrode material as a conductive aid for improving the positive electrode utilization rate. In nickel-hydrogen batteries, cobalt has also been added to the negative electrode active material for the purpose of suppressing the pulverization of the alloy and extending the life of the electrode.

コバルトは非常に高価な元素であり、電極の原料コストの半分程度を占める場合もある。このため、正極が導電助剤としてコバルトを全く含まず、負極活物質である合金にもコバルトを含まない、ニッケル水素電池のコバルトフリー化を実現することによって、コストの低減が期待される。さらに、コバルトは産出地が偏在しており、産出地の政情不安によって、供給不足又は価格高騰が生じる可能性が高い。特に、産業用大型電池は、多数の電極を必要とするため、材料となるコバルトの安定供給は必須であり、コバルトフリーのニッケル二次電池の開発が期待されている。   Cobalt is a very expensive element and may occupy about half of the electrode raw material cost. For this reason, cost reduction is expected by realizing cobalt-free nickel-metal hydride batteries in which the positive electrode does not contain any cobalt as a conductive additive and the negative electrode active material contains no cobalt. Furthermore, cobalt is unevenly distributed, and there is a high possibility that supply shortages or price increases will occur due to political instability in the region. In particular, since large industrial batteries require a large number of electrodes, stable supply of cobalt as a material is essential, and development of cobalt-free nickel secondary batteries is expected.

コバルトフリーのアルカリ二次電池用正極組成物として、特許文献1は、活物質と、導電材と、樹脂成分とを含み、導電材がラマン分光法により分析した黒鉛化度0.3以上0.8以下の粒子状炭素材を開示している。特許文献1のアルカリ二次電池用組成物を用いる正極を備えるアルカリ二次電池は、過充電されてもサイクル寿命が損なわれないとされている。   As a cobalt-free positive electrode composition for an alkaline secondary battery, Patent Document 1 discloses an active material, a conductive material, and a resin component, in which particles having a graphitization degree of 0.3 or more and 0.8 or less analyzed by Raman spectroscopy. A carbonaceous material is disclosed. An alkaline secondary battery including a positive electrode using the composition for an alkaline secondary battery disclosed in Patent Document 1 is said to have no impaired cycle life even when overcharged.

非特許文献1は、ニッケル正極の導電材として、耐酸化性炭素導電材を使用する技術を開示している。非特許文献2は、炭素材料を水酸化ニッケル粒子に均一に被覆させた炭素被覆水酸化ニッケル正極を開示している。非特許文献2の炭素被覆水酸化ニッケル正極は、汎用のコバルト被覆ニッケル正極と同等のサイクル特性及び出力特性を示している。非特許文献3は、ニッケル−水素電池用負極として使用されてきた従来合金の特性を開示している。   Non-Patent Document 1 discloses a technique of using an oxidation-resistant carbon conductive material as a conductive material for a nickel positive electrode. Non-Patent Document 2 discloses a carbon-coated nickel hydroxide positive electrode in which a carbon material is uniformly coated with nickel hydroxide particles. The carbon-coated nickel hydroxide positive electrode of Non-Patent Document 2 exhibits cycle characteristics and output characteristics equivalent to those of a general-purpose cobalt-coated nickel positive electrode. Non-Patent Document 3 discloses the characteristics of conventional alloys that have been used as negative electrodes for nickel-hydrogen batteries.

特開2006−54084号公報JP 2006-54084 A

永島、堤、桧垣、森本、掛川;第72回電気化学会、特II-27 (2005).Nagashima, Tsutsumi, Higaki, Morimoto, Kakegawa; 72nd Electrochemical Society of Japan, II-27 (2005). 斉藤、向井、境、高▲崎▼、西村、堤、木下、加納、長門;第51回電池討論会、2D-22 (2010).Saito, Mukai, Sakai, Taka ▲ Saki ▼, Nishimura, Tsutsumi, Kinoshita, Kano, Nagato; 51st Battery Symposium, 2D-22 (2010). T.Sakai, T. Hazama, H. Miyamura, N. Kuriyama, A. Kato, H. Ishikawa, Journal of the Less-Common Metals, vol.172-174, (1991) pp.1175-1184.T. Sakai, T. Hazama, H. Miyamura, N. Kuriyama, A. Kato, H. Ishikawa, Journal of the Less-Common Metals, vol.172-174, (1991) pp.1175-1184.

アルカリ二次電池において、コバルトを正極材又は負極活物質に添加した場合、正極又は負極のどちらからもコバルトが電解液中に溶出する。溶出したコバルトは、充電時に酸化されて正極近傍にオキシ水酸化コバルト(CoOOH)として再析出する。オキシ水酸化コバルトの再析出は、正極中の水酸化ニッケル粒子同士を繋ぐ導電ネットワークを形成するために重要な反応である。しかし、オキシ水酸化コバルトは、正極のみならず、セパレータにもその一部が析出する。   In the alkaline secondary battery, when cobalt is added to the positive electrode material or the negative electrode active material, the cobalt is eluted from the positive electrode or the negative electrode into the electrolytic solution. The eluted cobalt is oxidized during charging and re-deposited as cobalt oxyhydroxide (CoOOH) in the vicinity of the positive electrode. The reprecipitation of cobalt oxyhydroxide is an important reaction in order to form a conductive network that connects nickel hydroxide particles in the positive electrode. However, a part of cobalt oxyhydroxide is deposited not only on the positive electrode but also on the separator.

その後、過放電が生じると、オキシ水酸化コバルトが水酸化コバルトに還元され、正極で導電ネットワークに寄与していたコバルトは、電解液中に溶出する。電解液中に溶出したコバルトは、充電時に酸化されて再析出するが、必ずしも正極に再析出して導電ネットワークを修復するわけではなく、利用率の大幅な低下が引き起こされる。さらに、セパレータにもコバルトが再析出して正極と負極の間に微小短絡経路を生じ、自己放電量の増大が引き起こされやすい。   Thereafter, when overdischarge occurs, cobalt oxyhydroxide is reduced to cobalt hydroxide, and cobalt that has contributed to the conductive network at the positive electrode is eluted into the electrolytic solution. Cobalt eluted in the electrolytic solution is oxidized and re-deposited at the time of charging, but does not necessarily re-deposit on the positive electrode to repair the conductive network, causing a significant decrease in utilization. Furthermore, cobalt is reprecipitated also in the separator to form a micro short circuit path between the positive electrode and the negative electrode, and the self-discharge amount is likely to increase.

正極に添加するコバルトの形態としてはもう一種類ある。それは、正極活物質である水酸化ニッケルそのものに内部添加したものである。コバルトを内部添加すると、充電反応と競合する酸素発生が抑制され、充電効率が向上し得る。これによって、電池の劣化が抑制され、長期間の性能保持が可能となる。同様の効果は、亜鉛の内部添加によっても得られるので、亜鉛を添加する場合には、コバルトは添加されなくともよい。水酸化ニッケルに内部添加する場合は、亜鉛は0.1〜5mol%、コバルトは0.1〜1mol%となるように添加されれば十分である。内部添加されたコバルトは、水酸化ニッケルの結晶構造中に組み込まれており、溶解しにくく、正極の導電助剤として用いられる水酸化コバルト、又は負極活物質である合金に含まれるコバルトとは分けて考える必要がある。   There is another type of cobalt added to the positive electrode. It is an internal addition to nickel hydroxide itself, which is a positive electrode active material. When cobalt is added internally, the generation of oxygen competing with the charging reaction is suppressed, and the charging efficiency can be improved. Thereby, the deterioration of the battery is suppressed, and the performance can be maintained for a long time. The same effect can be obtained by the internal addition of zinc. Therefore, cobalt may not be added when zinc is added. In the case of internal addition to nickel hydroxide, it is sufficient that zinc is added in an amount of 0.1 to 5 mol% and cobalt is 0.1 to 1 mol%. The internally added cobalt is incorporated in the crystal structure of nickel hydroxide, is difficult to dissolve, and is separated from cobalt hydroxide used as a conductive aid for the positive electrode or cobalt contained in the alloy that is the negative electrode active material. It is necessary to think.

一方、負極活物質としては、Mm(Ni,Co,Mn,Al)系水素吸蔵合金が最も一般的に使用されている。Mmはミッシュメタルであり、La、Ce、Pr及びNdからなる軽希土類元素の混合物である。ここで、負極活物質に添加されるコバルトは、水素吸蔵合金の微粉化を防止して、負極のサイクル寿命を増大する役割を果たす。しかし、それでも充放電サイクルを繰り返すごとに少しずつ水素吸蔵合金の微粉化が進行して、新しい表面から電解液中へとコバルト及びマンガンが溶出する。溶出したコバルト及びマンガンは、セパレータに再析出し、微小短絡経路を形成して、自己放電量の増大が引き起こされる。 On the other hand, as the negative electrode active material, Mm (Ni, Co, Mn, Al) 5- based hydrogen storage alloy is most commonly used. Mm is a misch metal, which is a mixture of light rare earth elements composed of La, Ce, Pr and Nd. Here, cobalt added to the negative electrode active material plays a role of preventing the pulverization of the hydrogen storage alloy and increasing the cycle life of the negative electrode. However, every time the charge / discharge cycle is repeated, the hydrogen storage alloy is gradually pulverized and cobalt and manganese are eluted from the new surface into the electrolyte. The eluted cobalt and manganese are re-deposited on the separator to form a micro short circuit path, which causes an increase in the amount of self-discharge.

上述したように、従来のニッケル−水素電池のようなアルカリ二次電池では、正極については導電助剤の目的で、負極については水素吸蔵合金の微粉化を防止して長寿命化する目的で、それぞれ活物質にコバルトを添加することが必須であった。しかし、アルカリ二次電池の充放電を繰り返すことによって、コバルトの溶出及び再析出によって電池特性が劣化する要因ともなっていた。このように、正極又は負極のどちらか一方をコバルトフリー化するだけでは、コバルトの電解液中への溶出は防げず、アルカリ二次電池が劣化する根本的な原因は解決し得ない。   As described above, in an alkaline secondary battery such as a conventional nickel-hydrogen battery, the positive electrode is for the purpose of a conductive additive, and the negative electrode is for the purpose of preventing the hydrogen storage alloy from being pulverized and extending its life. In each case, it was essential to add cobalt to the active material. However, repeated charging / discharging of the alkaline secondary battery has also been a factor of deterioration of battery characteristics due to elution and reprecipitation of cobalt. As described above, if only one of the positive electrode and the negative electrode is made cobalt-free, elution of cobalt into the electrolytic solution cannot be prevented, and the fundamental cause of deterioration of the alkaline secondary battery cannot be solved.

産業用大型電池は、バス及び電車をはじめとする公共インフラにおける使用を前提とされている。このような産業用大型電池は、民生用で使用される乾電池代替の円筒型電池の用途と比較して、過酷な状況において使用されることが予測される。さらに、産業用大型電池は、低コストであることが民生品以上に要求される。   Large industrial batteries are assumed to be used in public infrastructure such as buses and trains. Such industrial large-sized batteries are expected to be used in harsh conditions as compared to the use of cylindrical batteries instead of dry batteries used for consumer use. Furthermore, large industrial batteries are required to be lower in cost than consumer products.

このような観点から、充電効率及び放電容量のような基本的な充放電特性を、少なくとも従来のニッケル−水素電池と同等以上に保ちつつ、出力、サイクル寿命、過充電耐性、過放電耐性及び自己放電抑制機能のような電池性能を向上させ、さらに電極材料から完全にコバルトを取り除くことが、今後のアルカリ二次電池に求められる必須条件と言える。特に、正極又は負極のどちらか一方にコバルトが使用されていれば、溶出と再析出による影響から過放電耐性及び低自己放電抑制機能が損なわれる可能性がある。   From this point of view, while maintaining basic charge / discharge characteristics such as charge efficiency and discharge capacity at least equal to or higher than those of conventional nickel-hydrogen batteries, output, cycle life, overcharge resistance, overdischarge resistance, and self It can be said that improving battery performance such as a discharge suppressing function and further removing cobalt completely from the electrode material are essential conditions required for future alkaline secondary batteries. In particular, if cobalt is used for either the positive electrode or the negative electrode, the overdischarge resistance and the low self-discharge suppression function may be impaired due to the effects of elution and reprecipitation.

本発明は、正極及び負極の両方をコバルトフリー化したアルカリ二次電池の提供を目的とする。   An object of the present invention is to provide an alkaline secondary battery in which both the positive electrode and the negative electrode are cobalt-free.

アルカリ二次電池の正極をコバルトフリー化するためには、オキシ水酸化コバルトの代替となる導電助剤が必要である。本発明者等は、正極活物質の表面を炭素で被覆すれば、導電性が高くなり、充電時にも酸化されにくいため、高い放電容量(活物質利用率)を保持しつつ、サイクル寿命も長いアルカリ二次電池を得ることができると考えた。   In order to make the positive electrode of the alkaline secondary battery cobalt-free, a conductive additive that substitutes for cobalt oxyhydroxide is necessary. When the surface of the positive electrode active material is coated with carbon, the present inventors have high conductivity and are not easily oxidized during charging. Therefore, the cycle life is long while maintaining a high discharge capacity (active material utilization rate). It was thought that an alkaline secondary battery could be obtained.

本発明者等は、アルカリ二次電池の負極もコバルトフリー化することによって、コバルトの電解液中への溶出をなくし、アルカリ二次電池が劣化する根本的な原因を解決し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have found that the negative electrode of the alkaline secondary battery is also made cobalt-free, thereby eliminating the elution of cobalt into the electrolyte and solving the fundamental cause of deterioration of the alkaline secondary battery. The present invention has been completed.

具体的に、本発明は、
導電助剤としてコバルトを含有しない正極材を有する正極と、
コバルトを含有しない負極活物質を有する負極と、
アルカリ水溶液からなる電解液と、
セパレータと、
を備えるアルカリ二次電池に関する。
Specifically, the present invention
A positive electrode having a positive electrode material containing no cobalt as a conductive additive;
A negative electrode having a negative electrode active material not containing cobalt;
An electrolyte solution comprising an alkaline aqueous solution;
A separator;
The present invention relates to an alkaline secondary battery.

本発明のアルカリ二次電池は、正極及び負極の両方をコバルトフリー化することによって、アルカリ電解液中にコバルトが溶出することがなくなり、微小短絡経路の形成による自己放電量の増大を防止し得る。   In the alkaline secondary battery of the present invention, cobalt is not eluted into the alkaline electrolyte by making both the positive electrode and the negative electrode cobalt-free, and an increase in the amount of self-discharge due to the formation of a micro short-circuit path can be prevented. .

正極材は、炭素を表面に被覆させた正極活物質であることが好ましい。   The positive electrode material is preferably a positive electrode active material whose surface is coated with carbon.

正極活物質の表面を炭素で被覆することにより、コバルトフリーとした場合にも正極活物質に十分な導電性を付与することが可能となる。   By covering the surface of the positive electrode active material with carbon, sufficient conductivity can be imparted to the positive electrode active material even when cobalt free.

正極材は、
正極活物質からなる核粒子と、
炭素からなる導電材粒子とを含み、
核粒子の表面に、正極活物質と水酸イオンとの反応部と、導電材粒子によって覆われた導電部とが形成される構造であることが好ましい。
The positive electrode material
Core particles made of a positive electrode active material;
Conductive material particles made of carbon,
A structure in which a reaction part between the positive electrode active material and hydroxide ions and a conductive part covered with conductive material particles are formed on the surface of the core particle is preferable.

核粒子は、炭素を介して2個以上結合していることが好ましい。   It is preferable that two or more core particles are bonded via carbon.

導電材粒子は、核粒子よりも小さい粒径を有しており、核粒子の表面の一部が導電材粒子によって覆われていることが好ましい。この場合、核粒子の導電材粒子による表面被覆率は、10%以上95%以下であることが好ましい。   The conductive material particles preferably have a particle size smaller than the core particles, and a part of the surface of the core particles is preferably covered with the conductive material particles. In this case, the surface coverage of the core particles by the conductive material particles is preferably 10% or more and 95% or less.

導電材粒子は、黒鉛化度(G値)0.3以上0.8以下の炭素材料で形成されていることが好ましい。   The conductive material particles are preferably formed of a carbon material having a graphitization degree (G value) of 0.3 or more and 0.8 or less.

核粒子は、導電材粒子を付着させるバインダとして、エチレン系コポリマーを含有することが好ましい。この場合、バインダの添加量は、炭素との重量比で50質量%以上150質量%以下であり、正極活物質との重量比で0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。   The core particles preferably contain an ethylene copolymer as a binder to which the conductive material particles are attached. In this case, the addition amount of the binder is preferably 50% by mass or more and 150% by mass or less by weight with respect to carbon, and is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less by weight with respect to the positive electrode active material.

本発明では、正極材が炭素を表面に被覆させた水酸化ニッケルであることが好ましい。   In the present invention, the positive electrode material is preferably nickel hydroxide having carbon coated on the surface.

本発明では、負極活物質が、化学式1:RE1−xMgNiAl
で表される水素吸蔵合金であることが好ましい:
ここで、REは希土類元素であり;
0.05≦x≦0.3、2.9≦y≦4.4、0.1≦z≦0.3である。
In the present invention, the negative electrode active material is represented by the chemical formula 1: RE 1-x Mg x Ni y Al z.
A hydrogen storage alloy represented by:
Where RE is a rare earth element;
0.05 ≦ x ≦ 0.3, 2.9 ≦ y ≦ 4.4, and 0.1 ≦ z ≦ 0.3.

コバルトフリー合金である化学式1の水素吸蔵合金は、RENiとMgNiの格子が交互に積み重なった積層型の結晶を形成する。この積層型結晶は、コバルトを含有していなくても微粉化しにくく、電池用負極活物質として好適な結晶構造である。 The hydrogen storage alloy of Chemical Formula 1, which is a cobalt-free alloy, forms a stacked crystal in which lattices of RENi 5 and MgNi 2 are alternately stacked. Even if this laminated crystal does not contain cobalt, it is difficult to be pulverized and has a crystal structure suitable as a negative electrode active material for batteries.

REは、(1) Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群より選択される1種以上の単体希土類元素;又は(2)主にLa、Ce、Pr及びNdからなる混合希土類であるMm(ミッシュメタル);又は (3) Pr及びNdからなる混合希土類であるDi(ジジム):の少なくとも1つを含んでいる。   RE is (1) one or more simple rare earth elements selected from the group consisting of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. Or (2) Mm (Misch metal) which is a mixed rare earth mainly composed of La, Ce, Pr and Nd; or (3) Di (didymium) which is a mixed rare earth composed of Pr and Nd: Contains.

係数x、y及びzは、それぞれ、0.05≦x≦0.3、2.9≦y≦4.4、0.1≦z≦0.3である(3.0≦y+z≦4.7)ことが好ましい。化学式1の水素吸蔵合金は、この組成範囲であればよいが、産業用途のアルカリ二次電池であれば、高出力特性及び長サイクル寿命特性に重点を置く必要がある。この場合には、3.9≦y+z≦4.2であることがより好ましい。   The coefficients x, y, and z are preferably 0.05 ≦ x ≦ 0.3, 2.9 ≦ y ≦ 4.4, and 0.1 ≦ z ≦ 0.3 (3.0 ≦ y + z ≦ 4.7), respectively. The hydrogen storage alloy of Chemical Formula 1 may be in this composition range, but if it is an alkaline secondary battery for industrial use, it is necessary to focus on high output characteristics and long cycle life characteristics. In this case, it is more preferable that 3.9 ≦ y + z ≦ 4.2.

本発明では、電解液は、水酸化カリウム及び水酸化リチウムを含有する水溶液であることが好ましい。   In the present invention, the electrolytic solution is preferably an aqueous solution containing potassium hydroxide and lithium hydroxide.

本発明のアルカリ二次電池は、正極及び負極がコバルトフリーであり、製造コストが低いにも拘わらず、従来と同等の放電容量を保持しつつ、放電電圧は高く、サイクル寿命も長く、耐過充電性も優れている。さらに、自己放電抑制機能及び耐過放電性も向上している。   The alkaline secondary battery of the present invention has a positive electrode and a negative electrode that are cobalt-free, and has a low discharge cost, high discharge voltage, long cycle life, Excellent chargeability. Furthermore, the self-discharge suppressing function and the overdischarge resistance are also improved.

炭素被覆された正極活物質の構造を表した模式図を示す。The schematic diagram showing the structure of the positive electrode active material coated with carbon is shown. 図1の炭素被覆された正極活物質粉末の製造に用いられる流動層コーティング装置の一例を表す概略構成図を示す。The schematic block diagram showing an example of the fluidized-bed coating apparatus used for manufacture of the carbon-coated positive electrode active material powder of FIG. 1 is shown. 図2の流動層コーティング装置に用いられるノズルの断面図を示す。FIG. 3 shows a cross-sectional view of a nozzle used in the fluidized bed coating apparatus of FIG. 2. 炭素を表面に被覆させた水酸化ニッケル粉末のSEM像を示す。The SEM image of the nickel hydroxide powder which coat | covered carbon on the surface is shown. 実施例1〜3、及び比較例1の密閉型電池の1C及び10C放電の試験結果に関するグラフを示す。The graph regarding the test result of 1C and 10C discharge of the sealed battery of Examples 1-3 and the comparative example 1 is shown. 実施例1〜3、及び比較例1の密閉型電池のサイクル特性(利用率とサイクル数との関係)に関するグラフを示す。The graph regarding the cycle characteristics (relationship between a utilization factor and the number of cycles) of the sealed batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 is shown. 実施例1〜3、及び比較例1の密閉型電池用負極合金のリートベルト法による結晶構造解析を行った結果として得られた、合金に含有される結晶相の種類及び量に関するグラフを示す。The graph regarding the kind and quantity of the crystal phase which are obtained as a result of having performed the crystal structure analysis by the Rietveld method of the negative electrode alloy for sealed batteries of Examples 1-3 and the comparative example 1 is shown. 実施例1及び比較例1の密閉型電池について、充電後、45℃で1週間放置した後の放電曲線を示す。About the sealed battery of Example 1 and Comparative Example 1, the discharge curve after standing at 45 ° C. for 1 week after charging is shown. 実施例1及び比較例2の密閉型電池のサイクル耐久特性に関するグラフを示す。The graph regarding the cycling durability characteristic of the sealed battery of Example 1 and Comparative Example 2 is shown. 実施例1及び比較例2の密閉型電池の高率放電特性に関するグラフを示す。The graph regarding the high rate discharge characteristic of the sealed battery of Example 1 and Comparative Example 2 is shown. 実施例4及び比較例3の開放型電池について、短絡日数と、45℃保管後の容量維持率との関係をプロットしたグラフを示す。About the open type battery of Example 4 and Comparative Example 3, the graph which plotted the relationship between the short circuit days and the capacity | capacitance maintenance factor after 45 degreeC storage is shown. 電池容量の200%に相当する放電を行った次の充放電サイクルにおける、実施例4及び比較例3の開放型電池の充放電曲線を示す。The charging / discharging curve of the open type battery of Example 4 and the comparative example 3 in the next charging / discharging cycle which performed discharge equivalent to 200% of battery capacity is shown.

本発明の実施の形態について、適宜図面を参酌しながら説明する。本発明は、以下の記載に限定されない。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The present invention is not limited to the following description.

<1.正極>
本発明のアルカリ二次電池は、正極材がコバルトを含有しないことを特徴としているが、具体的には、炭素を表面に被覆させた水酸化ニッケルを正極材(正極用粉末)として使用することが好ましい。
<1. Positive electrode>
The alkaline secondary battery of the present invention is characterized in that the positive electrode material does not contain cobalt. Specifically, nickel hydroxide with carbon coated on the surface is used as the positive electrode material (positive electrode powder). Is preferred.

本発明の正極材は、例えば、水酸化ニッケル、耐酸化性カーボン及びバインダを溶媒と共に均一に混合した合材を作製し、これを発泡状ニッケルのような基材に充填し、次いで、乾燥及びプレス処理することによって製造され得る。   The positive electrode material of the present invention is prepared, for example, by mixing nickel hydroxide, oxidation-resistant carbon and a binder uniformly with a solvent, filling this into a base material such as foamed nickel, and then drying and It can be manufactured by pressing.

本発明の正極材(正極用粉末)は、流動層コーティング法によっても製造され得る。流動層コーティング法では、正極活物質(例えば、水酸化ニッケル)の粒子、炭素材料及びバインダを溶媒と共に混合する方法よりも、核粒子となる正極活物質の表面に、均一に炭素からなる導電材粒子を付着させることができる。   The positive electrode material (positive electrode powder) of the present invention can also be produced by a fluidized bed coating method. In the fluidized bed coating method, a conductive material uniformly made of carbon is formed on the surface of the positive electrode active material that becomes the core particle, rather than a method in which particles of the positive electrode active material (for example, nickel hydroxide), a carbon material, and a binder are mixed together with a solvent. Particles can be attached.

流動層コーティング法によって、正極活物質粒子の表面に炭素を被覆させる場合には、炭素被覆された正極活物質粒子は、
正極活物質からなる核粒子と、
炭素からなる導電材粒子とを含み、
核粒子の表面に、正極活物質と水酸イオンとの反応部と、導電材粒子によって覆われた導電部とが形成される構造を有する。
When the surface of the positive electrode active material particles is coated with carbon by a fluidized bed coating method, the carbon-coated positive electrode active material particles are:
Core particles made of a positive electrode active material;
Conductive material particles made of carbon,
It has a structure in which a reaction part of a positive electrode active material and a hydroxide ion and a conductive part covered with conductive material particles are formed on the surface of the core particle.

図1は、本発明で使用する正極材(正極用粉末)として好適な、炭素被覆された正極活物質粉末の構造を表した模式図を示す。図1では、正極活物質は水酸化ニッケルである。正極用粉末21において、正極活物質である水酸化ニッケルからなる核粒子31の表面に、炭素からなる導電材粒子33が付着している。導電材粒子33は、核粒子31の表面に均一な分布で付着しており、この導電材粒子33を介して核粒子31が互いに接触することにより、核粒子31間に導電ネットワークが形成されている。   FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a carbon-coated positive electrode active material powder suitable as a positive electrode material (positive electrode powder) used in the present invention. In FIG. 1, the positive electrode active material is nickel hydroxide. In the positive electrode powder 21, conductive material particles 33 made of carbon adhere to the surfaces of the core particles 31 made of nickel hydroxide, which is a positive electrode active material. The conductive material particles 33 are attached to the surface of the core particles 31 in a uniform distribution. When the core particles 31 come into contact with each other through the conductive material particles 33, a conductive network is formed between the core particles 31. Yes.

この正極用粉末21においては、核粒子31の表面に、核粒子31よりも小さい粒径を有する導電材粒子33が、バインダによって強固に付着して、核粒子31の表面の一部を被覆している。導電材粒子33によって被覆された部分は、高い導電性を有する導電部35を形成し、残りの部分は、正極活物質と水酸イオンとが反応する反応部37を形成する。   In the positive electrode powder 21, the conductive material particles 33 having a particle size smaller than the core particles 31 are firmly attached to the surface of the core particles 31 by the binder to cover a part of the surface of the core particles 31. ing. The portion covered with the conductive material particles 33 forms a conductive portion 35 having high conductivity, and the remaining portion forms a reaction portion 37 where the positive electrode active material and hydroxide ions react.

正極活物質からなる核粒子の表面に、均一に炭素からなる導電材粒子が付着することにより、集電体から供給された電子は、核粒子全体に行き渡り、集電体と接触した核粒子の充放電効率が向上する。また、正極活物質間に強固な導電ネットワークが形成されるため、集電体と直接接触せず、集電体と接触した核粒子を経由して間接的に電子供給を受ける核粒子も、均一に充電されやすくなる。その結果、大電流によって急速充放電を行っても、活物質利用率が低下しにくい。   The conductive material particles made of carbon uniformly adhere to the surface of the core particles made of the positive electrode active material, so that the electrons supplied from the current collector are distributed throughout the core particles, and the core particles in contact with the current collector Charge / discharge efficiency is improved. In addition, since a strong conductive network is formed between the positive electrode active materials, the core particles that do not come into direct contact with the current collector and indirectly receive the electron supply through the core particles in contact with the current collector are also uniform. It becomes easy to be charged. As a result, even if rapid charging / discharging is performed with a large current, the active material utilization rate is unlikely to decrease.

炭素材料は、コバルト又はコバルト化合物よりも安価であるため、炭素材料を導電材として被覆された正極活物質(正極用粉末)を正極材として使用することにより、高出力特性を有するアルカリ二次電池を安価に製造することが可能となる。   Since the carbon material is cheaper than cobalt or a cobalt compound, an alkaline secondary battery having high output characteristics can be obtained by using a positive electrode active material (powder for positive electrode) coated with the carbon material as a conductive material as the positive electrode material. Can be manufactured at low cost.

流動層コーティング法によって製造される炭素被覆された正極活物質(正極用粉末)を正極材として正極に使用する場合は、正極活物質と炭素とを混合して正極合材(スラリー)を作製する場合に必要となる有機溶媒を使用せず、水系の溶媒によって正極合材を作製することができるため、工程管理が容易となり、この点からもアルカリ二次電池の製造コスト低減が可能となる。   When a carbon-coated positive electrode active material (powder for positive electrode) produced by a fluidized bed coating method is used for a positive electrode as a positive electrode material, the positive electrode active material and carbon are mixed to produce a positive electrode mixture (slurry). Since the positive electrode mixture can be produced with an aqueous solvent without using an organic solvent required in some cases, process management becomes easy, and from this point, the manufacturing cost of the alkaline secondary battery can be reduced.

一般的なアルカリ二次電池用正極としては、孔のサイズが100μmφ程度の発泡状ニッケル多孔体が集電体に用いられ、この集電体に直径が約10μmφの水酸化ニッケル粒子を充填したものが用いられる。このため、充填された水酸化ニッケル粒子には、集電体に直接接触しているものとそうでないものがある。   As a general positive electrode for an alkaline secondary battery, a foamed nickel porous body having a pore size of about 100 μmφ is used as a current collector, and the current collector is filled with nickel hydroxide particles having a diameter of about 10 μmφ. Is used. For this reason, the filled nickel hydroxide particles include those that are in direct contact with the current collector and those that are not.

流動層コーティング法によって製造される正極用粉末は、2個以上の活物質粒子が結合している場合がある。この結合体の大きさが100μmφ程度までであれば、発泡状ニッケル集電体の孔サイズと同程度であるから、充填に支障はなく、電池特性にも大きな問題はない。   In some cases, two or more active material particles are bound to the positive electrode powder produced by the fluidized bed coating method. If the size of this bonded body is up to about 100 μmφ, it is about the same as the pore size of the foamed nickel current collector, so there is no problem in filling and there is no major problem in battery characteristics.

導電材粒子は、核粒子よりも小さい粒径を有しており、核粒子の表面の一部が導電材粒子によって被覆されていることが好ましい。この構成によれば、核粒子の表面に導電材粒子が存在することにより、十分な導電性を確保し得るとともに、核粒子表面の一部のみが導電材粒子によって覆われており、粒子表面に導電材粒子が存在しない部分が残されていることにより、正極活物質の反応面積が確保され、正極活物質の利用率の低下が抑制される。   The conductive material particles preferably have a smaller particle size than the core particles, and a part of the surface of the core particles is preferably covered with the conductive material particles. According to this configuration, since the conductive material particles are present on the surface of the core particles, sufficient conductivity can be ensured, and only a part of the core particle surface is covered with the conductive material particles. By leaving the part where the conductive material particles do not exist, the reaction area of the positive electrode active material is secured, and the decrease in the utilization factor of the positive electrode active material is suppressed.

核粒子の導電材粒子による表面被覆率は、10%以上95%以下の範囲内にあることが好ましく、30%以上95%以下にあることがより好ましい。被覆率が10%より小さいと、核粒子同士を繋ぐ導電性ネットワークが充分に形成されず、充分に充電が行きとどかない核粒子があるため、高い利用率を得ることができない。一方、被覆率が95%より大きい場合、導電性は充分であるが、炭素の嵩高さが影響することによって活物質の基材への充填密度が低下し、体積あたりの電極容量が低下する。平均粒径が10mmφの水酸化ニッケル粒子において被覆率10%以上を得るためには、炭素添加量を2質量%以上にすることが好ましく、95%以下にとどめるためには、炭素添加量を8質量%以下にすることが好ましい。核粒子と導電性粒子の粒径比は、5:1〜100:1の範囲内にあることが好ましい。   The surface coverage of the core particles by the conductive material particles is preferably in the range of 10% to 95%, more preferably 30% to 95%. When the coverage is less than 10%, a conductive network that connects the core particles is not sufficiently formed, and there is a core particle that is not sufficiently charged, so a high utilization rate cannot be obtained. On the other hand, when the coverage is greater than 95%, the conductivity is sufficient, but due to the influence of the bulkiness of carbon, the packing density of the active material into the substrate is lowered, and the electrode capacity per volume is lowered. In order to obtain a coverage of 10% or more in nickel hydroxide particles having an average particle diameter of 10 mmφ, the carbon addition amount is preferably 2% by mass or more, and in order to keep the carbon addition amount to 95% or less, the carbon addition amount is 8%. It is preferable to make it mass% or less. The particle size ratio between the core particles and the conductive particles is preferably in the range of 5: 1 to 100: 1.

流動層コーティング法によって製造される正極用粉末は、導電性粒子が、黒鉛化度(G値)0.3以上0.8以下の炭素材料で形成されていることが好ましい。この構成によれば、正極活物質粒子に高い導電性が付与されるとともに、耐酸化性能が向上する。   In the positive electrode powder produced by the fluidized bed coating method, the conductive particles are preferably formed of a carbon material having a graphitization degree (G value) of 0.3 or more and 0.8 or less. According to this configuration, high conductivity is imparted to the positive electrode active material particles, and the oxidation resistance is improved.

流動層コーティング法によって製造される正極用粉末は、核粒子に導電材粒子を付着させるバインダとして、エチレン系コポリマーを含有することが好ましい。この構成によれば、核粒子と導電性粒子とを安定的に、かつ均一に結着させることができる。   The positive electrode powder produced by the fluidized bed coating method preferably contains an ethylene copolymer as a binder for attaching the conductive material particles to the core particles. According to this configuration, the core particles and the conductive particles can be bound stably and uniformly.

炭素被覆された正極活物質(正極材)粉末の製造方法は、
正極活物質からなる核粒子の粉末に、下方から空気流を吹き付けて核粒子粉末を流動化させる流動化工程と、
炭素からなる導電材粒子とバインダを溶媒に分散させてコーティング液を作製するコーティング液作製工程と、
流動化した核粒子粉末に向けて、コーティング液を噴霧して、核粒子の表面に導電材粒子を付着させる噴霧工程と、
から構成される。
The method for producing the carbon-coated positive electrode active material (positive electrode material) powder is as follows:
A fluidizing step of fluidizing the core particle powder by blowing an air flow from below to the core particle powder made of the positive electrode active material;
A coating liquid preparation step of preparing a coating liquid by dispersing conductive material particles made of carbon and a binder in a solvent;
A spraying process in which a coating liquid is sprayed toward the fluidized core particle powder to attach conductive material particles to the surface of the core particle;
Consists of

このような構成によれば、流動層コーティングによって、正極活物質である核粒子の各表面に、均一に炭素からなる導電材粒子が付着する。その結果、活物質粒子同士、及び活物質と集電体との間に強固な導電ネットワークが形成され、電池の内部抵抗上昇が抑制される。その結果、炭素被覆された正極活物質の粉末を用いて、高出力特性を有するアルカリ二次電池を安価に製造することが可能となる。   According to such a configuration, the conductive material particles uniformly composed of carbon adhere to each surface of the core particle that is the positive electrode active material by the fluidized bed coating. As a result, a strong conductive network is formed between the active material particles and between the active material and the current collector, and an increase in the internal resistance of the battery is suppressed. As a result, it is possible to produce an alkaline secondary battery having high output characteristics at low cost by using the carbon-coated positive electrode active material powder.

表面を炭素被覆された正極活物質(正極用粉末)の製造方法は、
流動化工程において、正極活物質として水酸化ニッケルを用い、
コーティング液作製工程において、バインダとしてエチレン系コポリマーを用いることが好ましい。
The manufacturing method of the positive electrode active material (powder for positive electrode) whose surface is carbon-coated is:
In the fluidization process, nickel hydroxide is used as the positive electrode active material,
In the coating liquid preparation step, it is preferable to use an ethylene-based copolymer as a binder.

このような構成によれば、溶媒中に炭素粒子を均一に分散させることができるので、正極活物質粒子の表面に炭素がきわめて均一に被覆される。   According to such a configuration, since the carbon particles can be uniformly dispersed in the solvent, the surfaces of the positive electrode active material particles are coated with carbon evenly.

正極用粉末の製造方法は、さらに、流動化工程における空気流を利用して、導電材料粒子が付着した核粒子を乾燥する乾燥工程を含んでいることが好ましい。   It is preferable that the method for producing the positive electrode powder further includes a drying step of drying the core particles to which the conductive material particles are adhered, using an air flow in the fluidizing step.

このような構成によれば、粉末を流動化させるための空気流を利用して、効率的に粉末の乾燥を行うことができるので、一層低コストで正極用粉末を製造することが可能となる。特に、有機溶媒をコーティング液の溶媒として用いた場合、流動層乾燥を利用することで、乾燥後粉末の有機溶媒の残留量を少なくすることができるため、被覆後の粉末の保存安定性が向上し、ハンドリング面でも人体への有機溶媒の暴露を予防し得る。   According to such a configuration, it is possible to efficiently dry the powder using an air flow for fluidizing the powder, and thus it is possible to manufacture the positive electrode powder at a lower cost. . In particular, when an organic solvent is used as the solvent of the coating solution, the residual amount of the organic solvent in the powder after drying can be reduced by using fluidized bed drying, which improves the storage stability of the powder after coating. However, it is possible to prevent exposure of the organic solvent to the human body in terms of handling.

正極用粉末の好適な製造方法について、さらに詳細に説明する。   A suitable method for producing the positive electrode powder will be described in more detail.

図1に示される正極用粉末(炭素被覆された正極活物質粉末)21は、活物質からなる核粒子31の表面に、流動層コーティングによって、炭素からなる導電材粒子33を付着させることにより製造される。図2は、図1の正極用粉末21の製造に用いられる流動層コーティング装置の一例を表す概略構成図を示す。   A positive electrode powder (positive electrode active material powder coated with carbon) 21 shown in FIG. 1 is manufactured by attaching conductive material particles 33 made of carbon to the surface of core particles 31 made of an active material by fluidized bed coating. Is done. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a fluidized bed coating apparatus used for manufacturing the positive electrode powder 21 of FIG.

図2(a)に示されるように、流動層コーティング装置41は、主要な構成要素として、流動層コーティングを行う空間を形成するほぼ筒状の流動槽43と、流動槽43の下方から流動槽43内へ、被コーティング粒子を流動化させるための空気流Aを送風する排風機45と、流動化した被コーティング粒子からなる流動層47に、コーティング粒子を含むコーティング液CLを噴霧する噴霧器49とを備えている。   As shown in FIG. 2 (a), the fluidized bed coating apparatus 41 includes, as main components, a substantially cylindrical fluidized tank 43 that forms a space for fluidized bed coating, and a fluidized tank from below the fluidized tank 43. 43, an exhaust fan 45 for blowing an air flow A for fluidizing the particles to be coated, and a sprayer 49 for spraying the coating liquid CL containing the coating particles on the fluidized bed 47 made of the fluidized particles to be coated. It has.

流動層コーティングは、この流動層コーティング装置41を用いて、流動槽43内で、被覆される粒子である核粒子31を排風機45による空気流Aによって流動化させて流動層47を形成し、核粒子31の流動層47に向けて、被覆粒子である導電材粒子33を含有するコーティング液CLを噴霧することにより、核粒子31の表面に導電材粒子33を付着させる方法である。   The fluidized bed coating uses the fluidized bed coating apparatus 41 to form the fluidized bed 47 by fluidizing the core particles 31, which are particles to be coated, by the air flow A from the exhaust fan 45 in the fluidized tank 43. In this method, the conductive material particles 33 are adhered to the surfaces of the core particles 31 by spraying the coating liquid CL containing the conductive material particles 33 that are the covering particles toward the fluidized bed 47 of the core particles 31.

まず、流動槽43内に導入された核粒子31の粉末に、排風機45によって下方から空気流Aを供給する。これによって、流動槽43内に、流動化した核粒子31の粉末からなる流動層47が形成される(流動化工程)。   First, the air flow A is supplied from below to the powder of the core particles 31 introduced into the fluidized tank 43 by the exhaust fan 45. As a result, a fluidized bed 47 made of powder of the fluidized core particles 31 is formed in the fluidized tank 43 (fluidization step).

流動層コーティング装置41は、図2(b)に示されるように、底部にディスクロータ51を備える転動式のものが好ましい。この場合、底部のディスクロータ51による転動と、ディスクロータ51と壁面とのクリアランスから供給させる流動化空気流Aにより、流動層47が渦巻き状の循環流を形成している状態で、コーティング液CLが噴霧される。ディスクロータ51の回転速度及び流動槽43内の流動層47を形成する空気流量を調節することにより、流動層47の流動状態を精度よく制御することができるので、より望ましいコーティングが可能になる。   As shown in FIG. 2B, the fluidized bed coating apparatus 41 is preferably a rolling type having a disk rotor 51 at the bottom. In this case, the coating liquid is formed in a state where the fluidized bed 47 forms a spiral circulating flow by the rolling by the disk rotor 51 at the bottom and the fluidized air flow A supplied from the clearance between the disk rotor 51 and the wall surface. CL is sprayed. By adjusting the rotational speed of the disc rotor 51 and the flow rate of the air forming the fluidized bed 47 in the fluidized tank 43, the fluidized state of the fluidized bed 47 can be controlled with high accuracy, so that a more desirable coating becomes possible.

流動槽43の底部には、正極活物質からなる粉体を装置41内に保持するとともに、流動層47を形成するための空気流Aを整流する部材として、空気分散板53が配置されている。具体的には、空気分散板53としては、多孔板として、いわゆるうち抜きプレートが使用可能であり、メッシュ類としては、織金網(関西金網(株)製)、ポアメット(富士フィルタ工業(株)製)又はポワフロー(ニチダイフィルタ(株)製)のような金属製メッシュが使用可能である。正極活物質の粒子径を考慮し、最適なメッシュを選択し得る。   At the bottom of the fluid tank 43, an air dispersion plate 53 is disposed as a member for holding the powder made of the positive electrode active material in the apparatus 41 and rectifying the air flow A for forming the fluidized bed 47. . Specifically, as the air dispersion plate 53, a so-called punched plate can be used as a perforated plate, and meshes such as woven wire mesh (manufactured by Kansai Wire Mesh Co., Ltd.), Poremet (Fuji Filter Industry Co., Ltd.). Metal mesh such as Poiflow (manufactured by Nichidai Filter Co., Ltd.) can be used. An optimal mesh can be selected in consideration of the particle diameter of the positive electrode active material.

空気流Aの流量としては、空気分散板53の設置位置から上部5cmの位置の流動槽43の断面積を基準として、空塔速度(通過流量を断面積で除した値)を0.25〜1.4m/s、好ましくは0.28〜1.0m/s、さらに好ましくは0.30〜0.7m/sに設定する。空塔速度が小さすぎると流動化が不十分になる。空塔速度が大きすぎると、流動層47を空気流Aが吹き抜け、安定した流動層47を形成することができず、コーティングに好ましくない。   As the flow rate of the air flow A, the superficial velocity (the value obtained by dividing the passing flow rate by the cross-sectional area) is 0.25 to 1.4 m on the basis of the cross-sectional area of the flow tank 43 located 5 cm above the position where the air dispersion plate 53 is installed / s, preferably 0.28 to 1.0 m / s, more preferably 0.30 to 0.7 m / s. If the superficial velocity is too low, fluidization will be insufficient. If the superficial velocity is too high, the air stream A blows through the fluidized bed 47, and a stable fluidized bed 47 cannot be formed, which is not preferable for coating.

ディスクロータ51の外周部の速度(回転周速度)としては、1〜20m/sが好ましく、2〜15m/sがより好ましい。回転周速度が遅すぎる場合には、ディスクロータ51上に粉体が堆積しやすくなり、回転周速度が早すぎる場合には、核粒子31表面に加わる摩擦力が大きくなりすぎて、核粒子31表面に付着した導電材粒子33が剥がれてしまうおそれがある。より望ましい流動層コーティング装置41の形態として、図2(c)に示されるように、ディスクロータ51の上部にインペラ55による解砕機構を備えてもよい。   The speed of the outer peripheral portion of the disk rotor 51 (rotational peripheral speed) is preferably 1 to 20 m / s, and more preferably 2 to 15 m / s. When the rotational peripheral speed is too slow, the powder tends to accumulate on the disk rotor 51, and when the rotational peripheral speed is too fast, the frictional force applied to the surface of the core particle 31 becomes too large, and the core particle 31. There is a possibility that the conductive material particles 33 adhering to the surface may be peeled off. As a more preferable form of the fluidized bed coating apparatus 41, as shown in FIG. 2 (c), a crushing mechanism using an impeller 55 may be provided on the upper part of the disk rotor 51.

流動化工程を行う一方で、炭素からなる導電材粒子33とバインダとを溶媒に分散させてコーティング液CLを作製しておく(コーティング液作製工程)。正極における、活物質に対する導電材の添加量は、正極活物質に対して、導電材2質量%以上8質量%以下で添加するのが好ましく、導電材2.5質量%以上6質量%以下で添加するのがより好ましい。導電材の添加割合が2質量%よりも小さい場合には、十分な導電補助効果が得られず、活物質の利用率が低くなる。一方、導電材の添加割合が8質量%より大きい場合には、十分な電池のエネルギー密度が得られない。   While performing the fluidization process, the conductive material particles 33 made of carbon and the binder are dispersed in a solvent to prepare the coating liquid CL (coating liquid preparation process). The amount of the conductive material added to the active material in the positive electrode is preferably 2% by mass to 8% by mass of the conductive material, and 2.5% by mass to 6% by mass of the conductive material with respect to the positive electrode active material. Is more preferable. When the addition ratio of the conductive material is smaller than 2% by mass, a sufficient conductivity assist effect cannot be obtained, and the utilization factor of the active material is lowered. On the other hand, when the addition ratio of the conductive material is larger than 8% by mass, a sufficient battery energy density cannot be obtained.

炭素材料としては、導電性を有し、かつ、電気化学的な酸化に耐え得る材料が好ましく、例えば、黒鉛化度(G値)が0.3以上0.8以下の炭素材料が好適に用いられる。   The carbon material is preferably a material that has conductivity and can withstand electrochemical oxidation. For example, a carbon material having a graphitization degree (G value) of 0.3 to 0.8 is preferably used.

この黒鉛化度(G値)は、次のようにして算出され得る。まず、粒子状炭素材をラマン分光法により分析し、これにより得られるラマンスペクトルをベースライン補正及びスムージング処理する。そして、これらの処理後のラマンスペクトルをさらにカーブフィッティングし、カーブフィッティング後のラマンスペクトルにおいて1360cm-1付近のグラファイト構造の乱れによるピークの積分強度(Ja)、及び1580cm-1付近のグラファイト構造に由来するピークの積分強度(Jb)を求める。目的の黒鉛化度は、ピーク積分強度(Ja)をピーク積分強度(Jb)で割った値(Ja/Jb)として求められる。因みに、上述のラマンスペクトルは、顕微ラマン分光装置を用い、粒子状炭素材を次の条件でラマン分光法により分析した場合に得られるものである。 The degree of graphitization (G value) can be calculated as follows. First, the particulate carbon material is analyzed by Raman spectroscopy, and the Raman spectrum obtained thereby is subjected to baseline correction and smoothing processing. Then, the Raman spectrum after these treatments is further curve-fitted, and in the Raman spectrum after curve fitting, the peak integrated intensity (Ja) due to the disorder of the graphite structure near 1360 cm −1 and the graphite structure near 1580 cm −1 The integrated intensity (Jb) of the peak to be obtained is obtained. The target degree of graphitization is obtained as a value (Ja / Jb) obtained by dividing the peak integrated intensity (Ja) by the peak integrated intensity (Jb). Incidentally, the above-mentioned Raman spectrum is obtained when a microscopic Raman spectrometer is used and a particulate carbon material is analyzed by Raman spectroscopy under the following conditions.

励起光:Arイオンレーザー/514.5nm
励起光出力:8mW
対物鏡倍率:50倍
積算回数:1回
照射時間:120秒
測定方法:180゜後方散乱
測定領域:1100〜1800cm-1
波数校正:シリコン
Excitation light: Ar + ion laser / 514.5nm
Excitation light output: 8mW
Objective mirror magnification: 50 times Integration count: 1 time Irradiation time: 120 seconds Measuring method: 180 ° backscattering Measurement range: 1100-1800cm -1
Wave number calibration: Silicon

黒鉛化度(G値)は、値が小さいほど、黒鉛としての結晶性が高い(すなわち、より黒鉛質である)ことを示している。従って、グラファイトの黒鉛化度(G値)は、0.3未満である。より具体的には、コークスを2800℃で黒鉛化して得られる人造黒鉛の黒鉛化度(G値)は、0.2程度である。   The graphitization degree (G value) indicates that the smaller the value, the higher the crystallinity as graphite (that is, the more graphitic). Therefore, the degree of graphitization (G value) of graphite is less than 0.3. More specifically, the degree of graphitization (G value) of artificial graphite obtained by graphitizing coke at 2800 ° C. is about 0.2.

このような粒子状炭素材は、通常、既存の粒子状炭素材(以下、粒子状炭素材原料という)、例えばカーボンブラックを熱処理すると調製することができる。因みに、カーボンブラックは、ファーネスブラック、アセチレンブラック及びケッチェンブラックを含む概念である。ここでの熱処理温度は、粒子状炭素材原料の種類又は性状のような要因により一般的に規定できるものではないが、通常、1800℃以上2600℃以下に設定されるのが好ましい。当該温度範囲による熱処理時間は、熱処理時に用いる容器の大きさにもよるが、少なくとも2時間に設定されるのが好ましく、3時間以上に設定されるのがより好ましい。熱処理時間が2時間未満の場合は、内部まで均一に加熱されにくく、電解耐久性を示す粒子状炭素材が得られにくい場合がある。   Such a particulate carbon material can be usually prepared by heat-treating an existing particulate carbon material (hereinafter referred to as a particulate carbon material raw material), such as carbon black. Incidentally, carbon black is a concept including furnace black, acetylene black, and ketjen black. The heat treatment temperature here is not generally stipulated by factors such as the type or properties of the particulate carbon material, but it is usually preferable to set the heat treatment temperature at 1800 ° C. or higher and 2600 ° C. or lower. The heat treatment time in the temperature range is preferably set to at least 2 hours, more preferably 3 hours or more, although it depends on the size of the container used during the heat treatment. When the heat treatment time is less than 2 hours, it may be difficult to uniformly heat the inside, and it may be difficult to obtain a particulate carbon material exhibiting electrolytic durability.

ここで用いられる粒子状炭素材原料は、次の条件Aまたは条件Bを満たすものが好ましい。   The particulate carbon material raw material used here preferably satisfies the following condition A or condition B.

(条件A)
平均粒径が20nm以上100nm以下、好ましくは30nm以上70nm以下。平均粒径が20nm未満の場合は、熱処理時にダメージを受けやすく、目的の粒子状炭素材が得られにくくなる可能性がある。逆に、100nmを超える場合、それにより得られる粒子状炭素材は、他の粒子状炭素材と同一重量を活物質に添加しても抵抗値を低下させにくい可能性がある。ここでの平均粒径は、透過型電子顕微鏡写真に基づいて測定した値である。
(Condition A)
Average particle size is 20 nm to 100 nm, preferably 30 nm to 70 nm. If the average particle size is less than 20 nm, the particles are likely to be damaged during the heat treatment, and the target particulate carbon material may be difficult to obtain. On the other hand, when it exceeds 100 nm, the resulting particulate carbon material may not easily lower its resistance value even if the same weight as that of other particulate carbon material is added to the active material. Here, the average particle diameter is a value measured based on a transmission electron micrograph.

(条件B)
ジブチルフタレート(DBP)の吸収量が100cm3/100g以上250cm3/100g以下、好ましくは120cm3/100g以上200cm3/100g以下。この吸収量が100cm3/100g未満の場合は、目的の粒子状炭素材が得られにくくなる可能性がある。逆に、250cm3/100gを超える場合は、熱処理後の粒子状炭素材を活物質と均一に混合するのが困難になる可能性がある。DBPの吸収量は、JIS K6217において規定された方法に準拠して測定された値である。具体的には、粒子状炭素材にDBPを添加したときの、粒子状炭素材100g当りのDBP吸収量を、アブソーブメーターを使用して測定した値である。
(Condition B)
Absorption of dibutyl phthalate (DBP) is 100 cm 3/100 g or more 250 cm 3/100 g or less, preferably 120 cm 3/100 g or more 200 cm 3/100 g or less. In this case the absorption amount is less than 100 cm 3/100 g is likely to be difficult to particulate carbon material of interest is obtained. Conversely, when it exceeds 250 cm 3/100 g, there is a possibility that it becomes difficult to mix the particulate carbon material after the heat treatment uniformly and the active material. The absorption amount of DBP is a value measured according to the method specified in JIS K6217. Specifically, the DBP absorption amount per 100 g of the particulate carbon material when DBP is added to the particulate carbon material is a value measured using an absorber meter.

粒子状炭素材原料は、上述の条件A及び条件Bの他、嵩密度が高めのものが好ましい。嵩密度が低い粒子状炭素材原料は、熱処理時に用いる容器内への投入量が少なくなるため、目的の粒子状炭素材の製造コストを高める可能性がある。ただし、嵩密度が高すぎると、その粒子状炭素材原料から得られる目的の粒子状炭素材は、活物質との均一混合が困難になるため、粉砕される必要がある。この理由から、粒子状炭素材原料としては、アセチレンブラック及びケッチェンブラックに比べて嵩密度が高い他のカーボンブラック、例えば、造粒したカーボンブラックを用いることが好ましい。   The particulate carbon material raw material preferably has a higher bulk density in addition to the above-mentioned conditions A and B. The particulate carbon material raw material with a low bulk density is less charged into the container used during the heat treatment, which may increase the production cost of the target particulate carbon material. However, if the bulk density is too high, the target particulate carbon material obtained from the particulate carbon material raw material becomes difficult to uniformly mix with the active material, and thus needs to be pulverized. For this reason, it is preferable to use other carbon black having a higher bulk density than acetylene black and ketjen black, for example, granulated carbon black, as the particulate carbon material raw material.

上述したような粒子状炭素材は、通常の炭素材、すなわち黒鉛化度(G値)が0.8を超える炭素質炭素材、及び黒鉛化度(G値)が0.3未満の黒鉛質炭素材とは異なる特有の耐酸化性を示す。具体的には、炭素質炭素材は、アルカリ二次電池の過充電時に発生する酸素ガスにより乾式酸化されやすく、黒鉛質炭素材は、アルカリ電解質により湿式酸化されやすい。これに対し、上述の粒子状炭素材は、炭素質炭素材及び黒鉛質炭素材のいずれにも区別できない特殊な性状を有するため、アルカリ二次電池内において乾式酸化及び湿式酸化のいずれも受けにくく、耐酸化性(電解耐久性)が高い。   The particulate carbon material as described above is an ordinary carbon material, that is, a carbonaceous carbon material having a graphitization degree (G value) exceeding 0.8, and a graphitic carbon material having a graphitization degree (G value) of less than 0.3. It exhibits different specific oxidation resistance. Specifically, the carbonaceous carbon material is easily dry-oxidized by oxygen gas generated during overcharge of the alkaline secondary battery, and the graphitic carbon material is easily wet-oxidized by the alkaline electrolyte. On the other hand, since the above-mentioned particulate carbon material has a special property that cannot be distinguished from either a carbonaceous carbon material or a graphitic carbon material, it is difficult to receive both dry oxidation and wet oxidation in an alkaline secondary battery. High oxidation resistance (electrolytic durability).

バインダを含有する導電材のコーティング液CLの溶媒は、活物質と反応することがなく、粘性が小さく、揮発し易い液体であれば特に限定することなく、水、エタノール、キシレン又はトルエンを使用可能であり、溶質若しくは分散質の溶解性及び分散性を考慮して選択される。   The solvent of the coating liquid CL of the conductive material containing the binder is not particularly limited as long as it is a liquid that does not react with the active material, has low viscosity, and easily volatilizes, and water, ethanol, xylene, or toluene can be used. And is selected in consideration of the solubility and dispersibility of the solute or dispersoid.

バインダは、エチレンビニルアセテートのようなエチレン系コポリマー系樹脂、ポリプロピレンのようなポリオレフィン系樹脂、又はポリテトラフルオロエチレンを用いることができる。バインダは、溶液、懸濁液、分散液又は乳化物いずれの形態でも用いることができる。   As the binder, an ethylene copolymer resin such as ethylene vinyl acetate, a polyolefin resin such as polypropylene, or polytetrafluoroethylene can be used. The binder can be used in the form of any solution, suspension, dispersion or emulsion.

炭素材は、溶媒に対して0.01質量%以上10質量%以下の割合で投入し、攪拌しながら混合される。溶媒に対する炭素材の割合が0.01質量%未満の場合は、後述する噴霧工程にかかる時間が長くなり、必要なコーティング液の量も多くなる。逆に、溶媒に対する炭素材の割合が10質量%を超える場合には、粘度が大きくなり、コーティング液の噴霧が困難となるとともに、均一に分散させることも困難となる。   The carbon material is added at a ratio of 0.01% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the solvent, and is mixed with stirring. When the ratio of the carbon material to the solvent is less than 0.01% by mass, the time required for the spraying process to be described later becomes long and the amount of the necessary coating liquid also increases. On the other hand, when the ratio of the carbon material to the solvent exceeds 10% by mass, the viscosity increases, and it becomes difficult to spray the coating liquid and to disperse it uniformly.

溶媒に添加するバインダ量は、炭素材と同量程度、具体的には炭素材量に対して50質量%以上150質量%以下であることが好ましい。バインダ量が50質量%よりも少ないと、炭素材の核粒子への密着性が充分でなく、炭素材が核粒子から剥離しやすい。一方、バインダ量が150質量%よりも多い場合は、炭素材の抵抗が高くなるため、充放電効率及び高率充放電性能の低下が引き起こされる。   The amount of the binder added to the solvent is preferably about the same amount as that of the carbon material, specifically 50 mass% or more and 150 mass% or less with respect to the carbon material amount. When the amount of the binder is less than 50% by mass, the adhesion of the carbon material to the core particles is not sufficient, and the carbon material is easily peeled off from the core particles. On the other hand, when the amount of the binder is more than 150% by mass, the resistance of the carbon material is increased, which causes a decrease in charge / discharge efficiency and high rate charge / discharge performance.

溶媒に対する炭素材の割合が0.01質量%に低い値であっても、一般的に炭素材の粉末はかさ密度が大きく、空気を取り込んでいるため、単に溶媒と攪拌及び混合したのみでは、溶媒中で均一に分散させることが難しい。そこで、溶媒に界面活性剤を添加して、表面張力を低くしておくことが好ましい。界面活性剤の添加量は、炭素材に対して、0.01質量%以上3質量%以下の範囲内に設定することが好ましい。界面活性剤の添加量が0.01質量%より少ない場合には、界面活性効果が十分に発揮されず、3質量%より大きい場合には、電池としての性能が低下することがある。   Even if the ratio of the carbon material to the solvent is as low as 0.01% by mass, the carbon material powder generally has a large bulk density and takes in air. It is difficult to disperse uniformly. Therefore, it is preferable to add a surfactant to the solvent to keep the surface tension low. The addition amount of the surfactant is preferably set within a range of 0.01% by mass to 3% by mass with respect to the carbon material. When the addition amount of the surfactant is less than 0.01% by mass, the surfactant effect is not sufficiently exhibited. When the addition amount is more than 3% by mass, the performance as a battery may be deteriorated.

炭素材の溶媒中の分散性を高めるために、分散剤をコーティング液に添加することも好ましい。分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸共重合体樹脂、セルロース系樹脂又は膠を使用することができる。分散剤の添加量は、炭素材に対して、0.01質量%以上2質量%以下の範囲内に設定することが好ましい。分散剤の添加量が0.01質量%より少ない場合には、分散効果が十分に発揮されず、2質量%より大きい場合には、電池としての性能が低下することがある。   In order to enhance the dispersibility of the carbon material in the solvent, it is also preferable to add a dispersant to the coating liquid. As the dispersant, for example, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, methylcellulose, sodium polyacrylate, acrylic acid copolymer resin, cellulose resin, or glue can be used. The addition amount of the dispersant is preferably set in the range of 0.01% by mass to 2% by mass with respect to the carbon material. When the addition amount of the dispersant is less than 0.01% by mass, the dispersion effect is not sufficiently exhibited, and when it is greater than 2% by mass, the performance as a battery may be deteriorated.

好適な正極活物質に対する導電材の添加量、炭素材料の黒鉛化度(G値)、溶媒の種類、バインダの種類及び配合量、界面活性剤の添加量、分散剤の種類及び添加量は、流動層コーティング法以外の方法によって、表面が炭素被覆された正極活物質(正極用粉末)を製造する場合においても同様である。   The amount of conductive material added to the preferred positive electrode active material, the degree of graphitization (G value) of the carbon material, the type of solvent, the type and blending amount of the binder, the addition amount of the surfactant, the type and addition amount of the dispersant, The same applies to the case of producing a positive electrode active material (positive electrode powder) whose surface is coated with carbon by a method other than the fluidized bed coating method.

水酸化ニッケル、耐酸化性カーボン及びバインダを溶媒と共に均一に混合した合材を作製し、これを発泡状ニッケルのような基材に充填する場合、流動層コーティンに用いるコーティング液よりも溶媒の配合量を大幅に減らす方が良い。溶媒の配合量を減らすことにより、合材中に含有されているバインダによる粘度増大効果が強くなり、比重の異なる各素材が互いに均一に分散するようになる。この合材を発泡基材に充填して、乾燥させることによって、水酸化ニッケル粒子の周囲に均一な炭素及びバインダのコーティング層が形成されるようになる。溶媒の配合量は、10〜40質量%が好ましく、15〜30質量%がより好ましい。配合量が10質量%未満の場合、合材の粘度が高すぎて基材への充填量にムラが生じやすくなる。一方、40質量%を超える場合、粘度が低下して、各材料の比重の影響で合材そのものが不均一なる他、発泡基材への充填密度が低下する。   When preparing a composite material in which nickel hydroxide, oxidation-resistant carbon and binder are uniformly mixed together with a solvent, and filling this into a base material such as foamed nickel, blending the solvent rather than the coating liquid used for fluidized bed coating It is better to reduce the amount significantly. By reducing the blending amount of the solvent, the effect of increasing the viscosity by the binder contained in the composite material is strengthened, and the materials having different specific gravities are uniformly dispersed. By filling this mixture into a foamed substrate and drying, a uniform carbon and binder coating layer is formed around the nickel hydroxide particles. 10-40 mass% is preferable and the compounding quantity of a solvent has more preferable 15-30 mass%. When the blending amount is less than 10% by mass, the viscosity of the composite material is too high, and unevenness is likely to occur in the filling amount into the base material. On the other hand, when it exceeds 40% by mass, the viscosity is lowered, the mixture itself becomes non-uniform due to the influence of the specific gravity of each material, and the filling density into the foamed substrate is lowered.

次に、作製されたコーティング液CLを、図2(a)の噴霧器49によって、流動槽43内の流動層47に向けて噴霧する(噴霧工程)。これにより、核粒子31の表面に炭素からなる導電材粒子33が付着する。   Next, the produced coating liquid CL is sprayed toward the fluidized bed 47 in the fluidized tank 43 by the sprayer 49 of FIG. 2A (spraying process). As a result, the conductive material particles 33 made of carbon adhere to the surfaces of the core particles 31.

コーティング液CLは、噴霧器49の先端のノズル57から流動槽43内に供給される。ノズル57の構成は、コーティング液CLをミストにして噴霧することができるノズルであれば特に限定されず、正極活物質からなる粉体の粒子径を考慮し、最適なノズルを選択することができる。先端に粉体が付着して閉塞するのを防止するため、図3に示されるノズル57の径方向中心部に設けられた気体供給口59と、気体供給口の外周部に設けられた液体供給口61とを備えて、外周からの圧縮空気により噴霧液をミスト化する二流体ノズル57を使用することが好ましい。   The coating liquid CL is supplied into the fluid tank 43 from the nozzle 57 at the tip of the sprayer 49. The configuration of the nozzle 57 is not particularly limited as long as it is a nozzle that can be sprayed using the coating liquid CL as a mist, and an optimum nozzle can be selected in consideration of the particle diameter of the powder made of the positive electrode active material. . In order to prevent powder from adhering to and clogging the tip, a gas supply port 59 provided in the radial center of the nozzle 57 shown in FIG. 3 and a liquid supply provided in the outer peripheral portion of the gas supply port It is preferable to use a two-fluid nozzle 57 that includes a mouth 61 and mists the spray liquid by compressed air from the outer periphery.

二流体ノズル57の液体供給口61は、気体供給口59よりも、1mm以内の範囲で突出していることが好ましく、0.1mm〜1mmの範囲で突出していることがより好ましく、0.3mm〜1mmの範囲で突出していることがさらにより好ましい。電池活物質は、二粒体ノズルの先端において固着を起こしやすいので、液体供給口61が、気体供給口59よりも凹に構成されると、ノズル先端部において固着を起こしやすいからである。突出が微小であると、固着を回避しきれず、突出量が多すぎると、噴霧ノズルとしての微粒化性能が低下する。   The liquid supply port 61 of the two-fluid nozzle 57 preferably protrudes within a range of 1 mm or more than the gas supply port 59, more preferably protrudes within a range of 0.1 mm to 1 mm, and 0.3 mm to 1 mm. Even more preferably, it protrudes in the range. This is because the battery active material is likely to be fixed at the tip of the two-particle nozzle, and therefore, if the liquid supply port 61 is configured to be concave from the gas supply port 59, the battery active material is likely to be fixed at the nozzle tip. If the protrusion is minute, sticking cannot be avoided, and if the protrusion amount is too large, atomization performance as a spray nozzle is lowered.

コーティング液CLの噴霧は、図2に示される流動槽43内で上方から下方に向けての噴霧(トップスプレー)でも、下方から上方にむけての噴霧(ボトムスプレー)でも、流動層47の側面から接線方向にむけての噴霧(接線スプレー)のいずれの方式でもよく、核粒子31の粒子径を考慮して選択され得る。一般的に粒子径が十数μmオーダー以下で、真比重が1g/cm3以上である正極活物質からなる核粒子31には、粉体に分散力を与えながら粒子表面に液滴を塗着させることのできる噴霧位置、すなわち接線又はボトムスプレーでの噴霧が好ましい。さらに、コーティング液CLは、これらの各方法を組み合わせて噴霧されてもよい。 The spray of the coating liquid CL may be sprayed from the upper side to the lower side (top spray) or from the lower side to the upper side (bottom spray) in the fluidized tank 43 shown in FIG. Any method of spraying toward the tangential direction (tangential spray) may be used, and may be selected in consideration of the particle diameter of the core particle 31. In general, core particles 31 made of a positive electrode active material having a particle diameter of the order of a few tens of μm or less and a true specific gravity of 1 g / cm 3 or more are coated with droplets on the particle surface while imparting dispersion force to the powder. Preferred spray positions, i.e. tangential or bottom spray. Further, the coating liquid CL may be sprayed by combining these methods.

噴霧するコーティング液CLの送液速度は、流動槽43内の温度コントロールと密接な関係があり、コーティングに影響を与える。排気される空気の温度は、噴霧器49のコーティング液CLの送り速度と、空気流Aの流量及び温度とのバランスを考慮して設定され、概ね30℃〜45℃とするのが好ましい。水系のスラリーを用いる場合には、断熱飽和温度より少なくとも2℃以上、好ましくは3℃以上高くなるように、コーティング液CLが噴霧されることがより望ましい。排気温度が高すぎると、粉体にコーティング液CLが付着する前に、コーティング液CLの液滴中の溶媒が乾燥し、導電材粒子33が粉体に結着せず、導電材粒子33の結着効率が低下する。一方、排気温度が断熱飽和温度より低いと流動槽43内の核粒子31が濡れすぎて流動性が低下し、流動不良による凝集が発生することがある。従って、排気温度は断熱飽和温度より3〜12℃高くなるよう噴霧するコーティング液CLの送液速度を調整することが望ましい。例えば、流動化空気Aの温度が80℃の場合、排気温度は30℃〜40℃程度が適切である。   The liquid feeding speed of the coating liquid CL to be sprayed is closely related to the temperature control in the fluidized tank 43 and affects the coating. The temperature of the exhausted air is set in consideration of the balance between the feeding speed of the coating liquid CL of the sprayer 49 and the flow rate and temperature of the air flow A, and is preferably about 30 ° C to 45 ° C. In the case of using an aqueous slurry, it is more desirable that the coating liquid CL is sprayed so as to be at least 2 ° C. or more, preferably 3 ° C. or more higher than the adiabatic saturation temperature. If the exhaust temperature is too high, before the coating liquid CL adheres to the powder, the solvent in the droplets of the coating liquid CL dries, and the conductive material particles 33 do not bind to the powder. The wearing efficiency is reduced. On the other hand, if the exhaust temperature is lower than the adiabatic saturation temperature, the core particles 31 in the fluidized tank 43 are too wet, the fluidity is lowered, and aggregation due to poor fluid flow may occur. Therefore, it is desirable to adjust the liquid feeding speed of the coating liquid CL to be sprayed so that the exhaust temperature is 3 to 12 ° C. higher than the adiabatic saturation temperature. For example, when the temperature of the fluidized air A is 80 ° C, the exhaust temperature is suitably about 30 ° C to 40 ° C.

次に、導電材粒子33が付着した核粒子31から溶媒を乾燥する(乾燥工程)。この場合、流動化工程における空気流Aを利用して乾燥を同時に行うことが効率的に好ましい。排風機45によって供給される空気流Aは、高温であること、具体的には、40℃〜120℃であることが好ましく、60℃〜110℃であることがより好ましく、70℃〜100℃であることがさらにより好ましい。空気流Aの流量を調整することにより、流動状態を調整することが可能である。   Next, the solvent is dried from the core particles 31 to which the conductive material particles 33 are attached (drying step). In this case, it is preferable to perform drying simultaneously using the air flow A in the fluidizing step. The air flow A supplied by the exhaust fan 45 is high temperature, specifically, preferably 40 ° C to 120 ° C, more preferably 60 ° C to 110 ° C, and 70 ° C to 100 ° C. Even more preferably. By adjusting the flow rate of the air flow A, the flow state can be adjusted.

正極用粉末の製造方法に用いられる流動層コーティング装置は、正極活物質からなる粉体の流動層47を形成し、バインダを含むコーティング液CLを噴霧できれば、流動層、転動流動層、噴流流動層又は解砕機構を備えた複合型流動層においても、特に限定されることなく各々の装置を使用し得る。対象となる粒子の粒子径を鑑み、最適な装置を選択し得るが、正極活物質からなる粉体の粒子径が十数ミクロン以下の微小粒子の場合には、噴流型又は転動流動型の流動層がより望ましい。   If the fluidized bed coating apparatus used in the method for producing the positive electrode powder forms the fluidized bed 47 of the powder made of the positive electrode active material and can spray the coating liquid CL containing the binder, the fluidized bed, the rolling fluidized bed, the jet flow Even in a composite fluidized bed equipped with a bed or a crushing mechanism, each apparatus can be used without any particular limitation. In consideration of the particle size of the target particles, an optimum apparatus can be selected. However, in the case of fine particles having a particle size of a positive electrode active material of 10 or less microns, a jet type or a rolling type A fluidized bed is more desirable.

装置上部には、正極活物質からなる粉体と流動化空気流Aとを分離するためのフィルタ65が設置されている。フィルタ65にはポリエステル製織布、ポリエステル製不織布又はメタルフィルタのような公知のフィルタを使用し得る。上記の機能を満足するものであれば材質又は形状に限定されることなく使用し得る。正極活物質からなる粉体の粒子径を考慮し、最適なフィルタ65を選択し得るが、正極活物質は、一般に10μm未満の粒子を多く含むため、メタルフィルタを利用することが好ましい。   A filter 65 for separating the powder made of the positive electrode active material and the fluidized air stream A is installed in the upper part of the apparatus. The filter 65 may be a known filter such as a polyester woven fabric, a polyester nonwoven fabric, or a metal filter. Any material that satisfies the above functions can be used without being limited to the material or shape. The optimum filter 65 can be selected in consideration of the particle diameter of the powder made of the positive electrode active material. However, since the positive electrode active material generally contains many particles of less than 10 μm, it is preferable to use a metal filter.

さらには、フィルタ65に捕集された正極活物質からなる粉体をフィルタ65から払い落とすための払落し機構67が設置されている。払落し機構67によりフィルタ65から払い落とされた粉体は、コーティング液CLが噴霧されている噴霧ゾーンに戻される。このような循環を繰り返すことにより、均等に導電材粒子33を核粒子31に付着させることが可能となる。このとき、払落し機構67は、フィルタ65の材質又は形状を考慮し、最適なものを選択し得る。例えば、シェーキング方式、又は高圧エアの逆に噴射によるパルスジェット方式が使用可能である。正極活物質の扱いにおいて特に好ましいのは、メタルフィルタとともに使用できるパルスジェット方式である。   Further, a removal mechanism 67 for removing powder made of the positive electrode active material collected by the filter 65 from the filter 65 is provided. The powder removed from the filter 65 by the removal mechanism 67 is returned to the spray zone where the coating liquid CL is sprayed. By repeating such circulation, the conductive material particles 33 can be evenly attached to the core particles 31. At this time, the drop-off mechanism 67 can select an optimum one in consideration of the material or shape of the filter 65. For example, a shaking method or a pulse jet method by jetting instead of high-pressure air can be used. Particularly preferred in the handling of the positive electrode active material is a pulse jet system that can be used with a metal filter.

流動層コーティングによって製造される正極用粉末21の粒子は、図1に模式的に示されるように、流動層コーティングによって、正極活物質である核粒子31の各表面に、炭素からなる導電材粒子33が均一な分布で付着している。その結果、正極活物質間に強固な導電ネットワークが形成されるので、正極用粉末21を用いて、高出力特性を有する電池を安価に製造することができる。この正極用粉末21を用いた場合には、単に正極活物質と炭素とを混合して正極合材スラリーを作製する場合に必要となる有機溶媒を用いずに、水系の溶媒によって正極合材スラリーを作成することができる。   As schematically shown in FIG. 1, the particles of the positive electrode powder 21 produced by fluidized bed coating are electrically conductive particles made of carbon on the surfaces of the core particles 31 that are the positive electrode active material by fluidized bed coating. 33 is attached with a uniform distribution. As a result, a strong conductive network is formed between the positive electrode active materials, so that a battery having high output characteristics can be manufactured at low cost using the positive electrode powder 21. When this positive electrode powder 21 is used, the positive electrode mixture slurry is prepared by an aqueous solvent without using an organic solvent that is required when a positive electrode active material and carbon are simply mixed to produce a positive electrode mixture slurry. Can be created.

<2.負極>
本発明のアルカリ二次電池は、負極活物質がコバルトを含有しないことを特徴としているが、具体的には、化学式1:RE1−xMgNiAlで表される水素吸蔵合金(REは希土類元素であり;0.05≦x≦0.3、2.9≦y≦4.4、0.1≦z≦0.3である)を使用することが好ましい。上述したように、産業用途であれば、高出力特性及び長サイクル寿命特性に重点を置く必要があるため、3.0≦y + z≦4.7であることが好ましく、3.9 ≦y + z≦4.2であることがより好ましい。
<2. Negative electrode>
The alkaline secondary battery of the present invention is characterized in that the negative electrode active material does not contain cobalt. Specifically, a hydrogen storage alloy represented by chemical formula 1: RE 1-x Mg x Ni y Al z ( RE is a rare earth element; preferably 0.05 ≦ x ≦ 0.3, 2.9 ≦ y ≦ 4.4, 0.1 ≦ z ≦ 0.3. As described above, for industrial applications, it is necessary to focus on high output characteristics and long cycle life characteristics. Therefore, 3.0 ≦ y + z ≦ 4.7 is preferable, and 3.9 ≦ y + z ≦ 4.2. It is more preferable.

NiとAlの割合である「y+z」の大きさによって、化学式1の水素吸蔵合金の結晶構造が変化する。ここで、MgNi=L、CaCu型格子(従来のニッケル−水素電池用負極に用いられてきた水素吸蔵合金Mm(Ni,Co,Mn,Al)の結晶構造)=Cとすると、y+z=3のときは、「LCLC」パターンで積層したPuNi型又はCeNi型の結晶相が主相になるが、y+z=3.5のときは「LCCLCC」パターンで積層したGdCo型又はCeNi型相が主相になる。 The crystal structure of the hydrogen storage alloy of Formula 1 varies depending on the magnitude of “y + z”, which is the ratio of Ni and Al. Here, if MgNi 2 = L, CaCu 5 type lattice (crystal structure of hydrogen storage alloy Mm (Ni, Co, Mn, Al) 5 used in the conventional negative electrode for nickel-hydrogen battery) = C, y + z = 3, the crystal phase of PuNi 3 type or CeNi 3 type laminated with the “LCLC” pattern becomes the main phase, but when y + z = 3.5, the Gd 2 Co 7 type or Ce laminated with the “LCCLCC” pattern. 2 Ni 7 type phase becomes the main phase.

y+z>3.5のときには、「LCCCLCCC」パターンで積層したCeCo19型又はPrCo19型も含まれ、複数種類の積層結晶相が混在するようになる。さらに、y+z>3.7になると、積層相だけでなく、CaCu型相も混在するようになる。水素吸蔵合金中のNi含有割合が大きいと、水素解離圧を高い値に調整しやすく、密閉電池を構成した際に高い放電電圧を得やすい。高い放電電圧を得られる「y+z」の値としては、3.9以上4.7以下が良好である。CaCu型の水素吸蔵合金は、充放電時の微粉化を抑制し、長寿命化するために、Coをある程度含有させる必要があるが、積層相との混合相を形成している場合、Coが含有されていなくとも長寿命化を図ることが可能である。 When y + z> 3.5, a Ce 5 Co 19 type or a Pr 5 Co 19 type laminated with an “LCCCLCCC” pattern is also included, and a plurality of types of laminated crystal phases are mixed. Further, when y + z> 3.7, not only the laminated phase but also the CaCu 5 type phase is mixed. When the Ni content in the hydrogen storage alloy is large, the hydrogen dissociation pressure is easily adjusted to a high value, and a high discharge voltage is easily obtained when a sealed battery is configured. The value of “y + z” that can obtain a high discharge voltage is preferably 3.9 or more and 4.7 or less. The CaCu 5 type hydrogen storage alloy needs to contain Co to some extent in order to suppress pulverization at the time of charge and discharge and to prolong the life, but when a mixed phase with the laminated phase is formed, Even if it is not contained, it is possible to extend the life.

しかし、「y+z」の値が増大し過ぎると、CaCu型結晶相の割合が大きくなりすぎて、CaCu型結晶相のみからなる水素吸蔵合金の性質に近づき、サイクル寿命も低下する。高電圧放電およびサイクル寿命特性の両方を考慮すると、「y+z」の値は、3.9以上4.2以下がより好ましい。 However, if the value of “y + z” increases too much, the proportion of the CaCu 5 type crystal phase becomes too large, approaching the properties of a hydrogen storage alloy consisting only of the CaCu 5 type crystal phase, and the cycle life also decreases. Considering both high voltage discharge and cycle life characteristics, the value of “y + z” is more preferably 3.9 or more and 4.2 or less.

インゴット状の水素吸蔵合金を粉砕して得られた水素吸蔵合金粉末と、結着剤と、必要に応じて添加される導電性粉末とを混合することによって、ペースト状の合材が得られる。この合剤を集電体に塗布又は充填し、乾燥させた後、ローラプレスを用いて圧延することにより、本発明で使用される水素吸蔵合金からなる負極が製造され得る。
集電体の具体例は、パンチングメタル、エキスパンドメタル、金網のような二次元基板、箔状基板、板状基板、発泡金属基板、網状焼結繊維基板、織布若しくは不織布へ金属をめっきした三次元基板、及びニッケル正極で用いられる発泡状ニッケルである。
By mixing a hydrogen storage alloy powder obtained by pulverizing an ingot-shaped hydrogen storage alloy, a binder, and a conductive powder added as necessary, a paste-like composite material is obtained. The mixture is applied or filled into a current collector, dried, and then rolled using a roller press, whereby a negative electrode made of a hydrogen storage alloy used in the present invention can be produced.
Specific examples of current collectors are punched metal, expanded metal, two-dimensional substrates such as wire mesh, foil-like substrates, plate-like substrates, foamed metal substrates, mesh-like sintered fiber substrates, woven fabrics or non-woven fabrics with tertiary plating Foam nickel used in the original substrate and the nickel positive electrode.

結着剤の具体例は、ポリアクリル酸ソーダ、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルアルコール(PVA)、スチレンブタジエンラバー(SBR)、及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)である。このような結着剤は、水素吸蔵合金の質量に対して、0.1〜5質量%の割合で配合されることが好ましい。   Specific examples of the binder are sodium polyacrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE), carboxymethylcellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), styrene butadiene rubber (SBR), and polyvinylidene fluoride (PVdF). Such a binder is preferably blended at a ratio of 0.1 to 5% by mass with respect to the mass of the hydrogen storage alloy.

導電助剤は、導電性を有する粉末であればよい。導電助剤の具体例は、黒鉛粉末若しくはカーボンブラックのような炭素材料、又はニッケル若しくは銅のような金属粉末である。このような導電助剤は、水素吸蔵合金の質量に対して、0.1〜5質量%の割合で配合されることが好ましい。   The conductive auxiliary agent may be a conductive powder. Specific examples of the conductive aid are a carbon material such as graphite powder or carbon black, or a metal powder such as nickel or copper. Such a conductive additive is preferably blended at a ratio of 0.1 to 5% by mass with respect to the mass of the hydrogen storage alloy.

この他、PTFE又は炭素材は、疎水性を示すため、水素吸蔵合金負極の合材に添加されたり、負極表面に塗布されたりすることによって、負極表面で固相-液相-気相の三相界面を形成する。この三相界面は、過充電時に正極から発生した酸素ガスの吸収反応(2MH+1/2O→M+HO;Mは負極活物質であり、MHは水素を吸蔵した負極活物質である)を好適に促進する。 In addition, since PTFE or carbon material exhibits hydrophobicity, it is added to the composite material of the hydrogen storage alloy negative electrode or applied to the negative electrode surface, so that solid phase-liquid phase-gas phase can be formed on the negative electrode surface. A phase interface is formed. This three-phase interface is suitable for the absorption reaction of oxygen gas generated from the positive electrode during overcharge (2MH + 1 / 2O 2 → M + H 2 O; M is a negative electrode active material, and MH is a negative electrode active material that occludes hydrogen). To promote.

<3.電解液>
本発明のアルカリ二次電池は、アルカリ水溶液からなる電解液を使用する。電解液としては、KOH、NaOH、LiOHの水溶液、又はこれら2つ以上の混合水溶液を使用し得る。3種類の中ではKOHの水溶液が最もイオン導電率が高く、特に6〜8N水溶液が高い導電率を示す。充電反応と競合して生じる酸素発生を抑えて充電効率を向上させるために、NaOH又はLiOHを適宜添加することが効果的である。LiOHは、酸素発生抑制及び充電効率向上の効果が高いが、KOH水溶液への溶解量は、それほど大きくない。充電効率向上を要求される用途であれば、LiOHのみならずNaOHも添加して補う必要がある。
<3. Electrolyte>
The alkaline secondary battery of the present invention uses an electrolytic solution made of an alkaline aqueous solution. As the electrolytic solution, an aqueous solution of KOH, NaOH, LiOH, or a mixed aqueous solution of two or more of these may be used. Among the three types, the aqueous solution of KOH has the highest ionic conductivity, and the 6-8N aqueous solution shows particularly high conductivity. In order to suppress the generation of oxygen generated in competition with the charging reaction and improve the charging efficiency, it is effective to appropriately add NaOH or LiOH. LiOH is highly effective in suppressing oxygen generation and improving charging efficiency, but the amount dissolved in an aqueous KOH solution is not so large. If the application requires an improvement in charging efficiency, it is necessary to supplement not only LiOH but also NaOH.

電解液の好適例は、KOH及びLiOHを含有する水溶液である。KOHの濃度は、6~8Nとすることが好ましく、LiOHの濃度は0.05~2Nとすることが好ましい。LiOHをKOH水溶液に添加した場合、充電効率が向上して電極の劣化が生じにくくなり、サイクル寿命の向上に効果がある。しかし、導電率がKOH又はNaOHよりも低いために、高出力特性が低下する可能性がある。   A preferred example of the electrolytic solution is an aqueous solution containing KOH and LiOH. The concentration of KOH is preferably 6 to 8N, and the concentration of LiOH is preferably 0.05 to 2N. When LiOH is added to the KOH aqueous solution, the charging efficiency is improved and the electrode is hardly deteriorated, which is effective in improving the cycle life. However, since the conductivity is lower than that of KOH or NaOH, there is a possibility that the high output characteristics are deteriorated.

高出力特性が重視される場合には、LiOH添加量を減らすか、又はLiOHを添加せず、替わりにNaOHを添加してもよい。この場合、KOHの濃度は3~8Nとすることが好ましく、NaOHの添加量は0.1〜3Nが好ましく、水酸化リチウムの濃度は0〜1Nが好ましい。   When high output characteristics are important, the addition amount of LiOH may be reduced, or NaOH may be added instead of adding LiOH. In this case, the concentration of KOH is preferably 3 to 8N, the addition amount of NaOH is preferably 0.1 to 3N, and the concentration of lithium hydroxide is preferably 0 to 1N.

<4.セパレータ>
セパレータ材料としては、電気絶縁性、補液性及びガス透過性を備えつつ、耐アルカリ性と耐酸化性も有する材料であれば特に限定されない。スルホン化処理によって親水性を向上させたポリプロピレン不織布などが好適に使用可能である。素材となるポリマーについては、ポリプロピレンの他、例えば、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、エチレンビニルアセテート、スチレン−ブチレン−エチレン−スチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン又はポリスルホンも使用可能である。セパレータの形態としては、不織布以外にも、織布、微多孔膜又はフィルムも使用可能である。複数のポリマー素材を用いて構成したセパレータも使用可能である。
<4. Separator>
The separator material is not particularly limited as long as it is a material having electrical insulation properties, liquid replacement properties, and gas permeability, and also having alkali resistance and oxidation resistance. A polypropylene non-woven fabric whose hydrophilicity has been improved by sulfonation can be suitably used. About the polymer used as a material, in addition to polypropylene, for example, polyethylene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol, ethylene vinyl acetate, styrene-butylene-ethylene-styrene copolymer, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, or Polysulfone can also be used. As a form of the separator, in addition to the nonwoven fabric, a woven fabric, a microporous film, or a film can be used. A separator configured using a plurality of polymer materials can also be used.

<5.電池構成>
電池は、その用途に応じて正極、負極、電解液又はセパレータの仕様を変更する必要がある。例えば、産業用電池は、一般的に大型車両を駆動させつつ、10年程度の長期間の使用に耐えなければならない。つまり、サイクル寿命及び高出力特性の両方を向上させる必要がある。
<5. Battery configuration>
It is necessary to change the specifications of the positive electrode, the negative electrode, the electrolytic solution, or the separator depending on the application. For example, industrial batteries generally have to withstand long-term use of about 10 years while driving large vehicles. That is, it is necessary to improve both cycle life and high output characteristics.

サイクル寿命を向上させるためには、電解液としてLiOHを1.5mol/Lまで溶解させたKOH水溶液を用いることが好ましい。しかし、これではKOH単体を電解液とした場合よりも放電電圧が低下してしまい、1Cの放電電圧1.2Vを下回る場合もある。   In order to improve the cycle life, it is preferable to use an aqueous KOH solution in which LiOH is dissolved to 1.5 mol / L as the electrolytic solution. However, in this case, the discharge voltage is lowered as compared with the case where KOH alone is used as the electrolytic solution, and the discharge voltage of 1C may be lower than 1.2V.

そこで、高出力特性を補うために、負極の合金組成を調整することが好ましい。具体的には、化学式1:RE1−xMgNiAlで表される水素吸蔵合金において3.9 ≦y + z≦4.2としておけば、電池寿命も維持しつつ、後述の図5に示すように、高出力特性を向上させることができる。 Therefore, it is preferable to adjust the alloy composition of the negative electrode in order to supplement high output characteristics. Specifically, Formula 1: if in the RE 1-x Mg x Ni y Al z 3.9 ≦ y + z ≦ 4.2 in the hydrogen-absorbing alloy represented by while also maintaining battery life, shown in Figure 5 below As described above, high output characteristics can be improved.

このほかにも、正極活物質である水酸化ニッケルのニッケルサイトの一部を他元素で置換する方法によって、電池性能の調整が可能である。他元素は、具体的には、(1) 充電効率を向上させる効果を有する亜鉛又はコバルト;(2) 水酸化ニッケルの理論容量を1.2~1.5倍に向上させる効果を有するアルミニウム又はマンガン:である。   In addition, the battery performance can be adjusted by a method in which a part of nickel sites of nickel hydroxide, which is a positive electrode active material, is replaced with another element. Specifically, the other elements are (1) zinc or cobalt having an effect of improving charging efficiency; (2) aluminum or manganese having an effect of improving the theoretical capacity of nickel hydroxide by 1.2 to 1.5 times: .

亜鉛又はコバルトを水酸化ニッケルに内部添加すると、充電反応と競合する酸素発生を抑制し、充電効率を向上させることができる。これによって、電池の劣化を抑制し、長期間の性能保持が可能となる。電池温度があまり上昇せず、常温付近で充放電を繰り返す場合、亜鉛を0.1〜5mol%添加することで、十分に劣化抑制効果及び性能保持効果が得られる。この場合、コバルトは添加しなくともよいが、電池温度が40℃以上になる場合には、亜鉛と共にコバルトを少量添加することで、劣化抑制効果及び性能保持効果が得られる。コバルト添加量は0.1〜1mol%で十分である。   When zinc or cobalt is internally added to nickel hydroxide, the generation of oxygen competing with the charging reaction can be suppressed, and the charging efficiency can be improved. As a result, deterioration of the battery is suppressed, and long-term performance maintenance is possible. When the battery temperature does not rise so much and charging / discharging is repeated at around room temperature, the effect of suppressing deterioration and maintaining the performance can be sufficiently obtained by adding 0.1 to 5 mol% of zinc. In this case, cobalt does not need to be added, but when the battery temperature is 40 ° C. or higher, a small amount of cobalt is added together with zinc to obtain a deterioration suppressing effect and a performance maintaining effect. A cobalt addition amount of 0.1 to 1 mol% is sufficient.

この場合、コバルトは水酸化ニッケルの結晶中に組み込まれており、水酸化ニッケル表面にコーティングされた導電助剤であるコバルト化合物のように、電解液中には溶出しない。従って、本発明のアルカリ二次電池は、コバルトが内部添加された水酸化ニッケルを正極活物質として採用することが可能である。   In this case, cobalt is incorporated in the crystal of nickel hydroxide and does not elute into the electrolytic solution like the cobalt compound which is a conductive additive coated on the surface of nickel hydroxide. Therefore, the alkaline secondary battery of the present invention can employ nickel hydroxide internally added with cobalt as the positive electrode active material.

アルミニウム又はマンガンを添加すると、水酸化ニッケルが通常のβ型の結晶構造からα型の結晶構造に転移する。通常のβ型水酸化ニッケルの理論容量は289mAh/gであるが、α型水酸化ニッケルの理論容量は350~430mAh/g程度まで増大する可能性がある。このα型水酸化ニッケルを用いれば、電池を高容量化することができる。α型水酸化ニッケルであれば、基材への水酸化ニッケル充填量を減らして、高出力型の薄い電極を作製しつつ、電極容量の減少を抑えることも可能である。   When aluminum or manganese is added, nickel hydroxide changes from a normal β-type crystal structure to an α-type crystal structure. The theoretical capacity of normal β-type nickel hydroxide is 289 mAh / g, but the theoretical capacity of α-type nickel hydroxide may increase to about 350 to 430 mAh / g. If this α-type nickel hydroxide is used, the capacity of the battery can be increased. If α-type nickel hydroxide is used, it is possible to reduce the amount of nickel hydroxide charged into the base material and produce a high output type thin electrode, while suppressing the decrease in electrode capacity.

従来は、厚いセパレータが採用されることによって、電極からの元素溶出と、溶出した元素の再析出による微小短絡経路の形成によって引き起こされる自己放電が、ある程度防止されていた。しかし、コバルトフリー電池では、このような経路を形成する要素がないため、セパレータを薄くすることが可能である。従来の産業用電池では、厚さ200〜500μmのセパレータが用いられていたが、本発明のアルカリ二次電池では、150μm以下までセパレータを薄くできると考えられる。セパレータが薄くなった分だけ、搭載できる電極数が増大するので、電池の高容量化(体積エネルギー密度の向上)が可能である。正極と負極の距離が短くなることで、充放電反応がスムーズに進行するので、高出力特性の向上にもつながると考えられる。   Conventionally, by adopting a thick separator, self-discharge caused by element elution from the electrode and formation of a short-circuit path due to reprecipitation of the eluted element has been prevented to some extent. However, in a cobalt-free battery, since there is no element that forms such a path, the separator can be made thin. In a conventional industrial battery, a separator having a thickness of 200 to 500 μm was used. However, in the alkaline secondary battery of the present invention, it is considered that the separator can be thinned to 150 μm or less. Since the number of electrodes that can be mounted increases as the separator becomes thinner, it is possible to increase the capacity of the battery (improve the volume energy density). As the distance between the positive electrode and the negative electrode is shortened, the charge / discharge reaction proceeds smoothly, which is considered to lead to an improvement in high output characteristics.

[正極の製造例]
(1.コバルトフリー正極用粉末の作製)
炭素からなる導電材粒子として、ラマン分光法により分析した黒鉛化度(G値)が0.33のカーボンブラックを用い、これとエチレンビニルアセテートバインダとを混合してカーボンブラック分散液(コーティング液)を調製した。このカーボンブラック分散液を転動式の流動層コーティング装置内で、水酸化ニッケル粒子に噴霧し、炭素被覆処理を施した。具体的な作製方法を以下に説明する。
[Production example of positive electrode]
(1. Preparation of powder for cobalt-free positive electrode)
Carbon black with a graphitization degree (G value) analyzed by Raman spectroscopy of 0.33 is used as conductive material particles made of carbon, and this is mixed with an ethylene vinyl acetate binder to prepare a carbon black dispersion (coating liquid). did. This carbon black dispersion was sprayed onto nickel hydroxide particles in a rolling fluidized bed coating apparatus to perform carbon coating treatment. A specific manufacturing method will be described below.

60℃に湯煎して加熱したキシレン95重量部中に、エチレンビニルアセテート樹脂50質量%とカーボン50質量%の混合物5重量部を、予め乳鉢にて予備粉砕してから溶解分散させ、所望のバインダを含有する導電材粒子33のコーティング液CLを調製した。次に、流動層コーティング装置((株)パウレック製、MP-01)に、予め湿式レーザ回折・散乱法(MICROTRAC社製、MT3000II)によって、全物質の平均粒子の屈折率1.81、分散溶媒の屈折率1.333で粒度分布を測定した正極活物質(水酸化ニッケル、D50=12μm)を1000g投入した。90℃に加熱した0.25m3/minの流動化空気と300min-1で回転させた流層底部のロータで、水酸化ニッケルからなる核粒子を転動及び流動化させた。 5 parts by weight of a mixture of 50% by mass of ethylene vinyl acetate resin and 50% by mass of carbon is preliminarily ground in a mortar and dissolved in 95 parts by weight of xylene heated at 60 ° C. The coating liquid CL of the conductive material particles 33 containing was prepared. Next, using a fluidized bed coating device (MP-01, manufactured by Paulec Co., Ltd.), a wet laser diffraction / scattering method (manufactured by MICROTRAC, MT3000II) in advance, the refractive index of the average particle of all substances 1.81, the refraction of the dispersion solvent 1000 g of a positive electrode active material (nickel hydroxide, D50 = 12 μm) whose particle size distribution was measured at a rate of 1.333 was added. The core particles made of nickel hydroxide were rolled and fluidized by a fluidized air at 0.25 m 3 / min heated to 90 ° C. and a rotor at the bottom of the fluidized bed rotated at 300 min −1 .

流動層コーティング装置のメッシュには、平畳織り、110mesh、ろ過粒度150μmの金属製メッシュを使用した。フィルタには円筒状の綾畳織り2μmの金属製フィルタを使用した。払い落としは、パルスジェット方式により、フィルタ上部から0.5MPaの圧縮空気を、インターバル3秒間隔で、0.2秒間で噴射した。   As the mesh of the fluidized bed coating apparatus, a metal mesh having a plain woven weave, 110 mesh and a filtration particle size of 150 μm was used. A cylindrical twilled weave 2 μm metal filter was used. Discharge was performed by jetting 0.5MPa of compressed air from the top of the filter in 0.2 second intervals at intervals of 3 seconds using the pulse jet method.

続いて、調製したバインダを含有する導電助剤のコーティング液CLを、マグネチッククスターラー(ヤマト科学(株)製、MAG MIXER)を用いて攪拌しながら、チュービングポンプ(ワトソンマーロ製505S)によって2~3g/minの割合で送液し、ミスト化装置(シュリック製、970-S23)によりミスト化し、流動層内に接線スプレーで噴霧した。   Subsequently, while the prepared coating solution CL of the conductive auxiliary agent containing the binder was stirred using a magnetic Kustarr (manufactured by Yamato Kagaku Co., Ltd., MAG MIXER), 2 by a tubing pump (505S manufactured by Watson Marlo). The solution was fed at a rate of ~ 3 g / min, misted with a mist generator (manufactured by Schlick, 970-S23), and sprayed into the fluidized bed by tangential spray.

このとき、コーティング液CLをミスト化する空気流量(アトマイズエア)を45L/minとした。正極活物質からなる粉体と分離されて、装置外に排気された空気(排気)の温度は37〜45℃であった。調製したコーティング液CLを噴霧し、投入した原料粉体に対してカーボンの重量割合が6質量%になったところで、コーティングを終了した。   At this time, the air flow rate (atomizing air) for misting the coating liquid CL was set to 45 L / min. The temperature of the air (exhaust) separated from the powder made of the positive electrode active material and exhausted outside the apparatus was 37 to 45 ° C. The prepared coating liquid CL was sprayed, and the coating was terminated when the weight ratio of carbon was 6 mass% with respect to the raw material powder charged.

図4は、このようにして製造された、炭素を表面に被覆された水酸化ニッケル粉末(炭素被覆水酸化ニッケル)の電子顕微鏡写真(SEM写真)を示す。図4に示されるように、水酸化ニッケルの核粒子の表面の一部は、この核粒子よりも小さい粒径を有する導電材粒子で覆われていた。この電子顕微鏡写真から測定した核粒子の導電材粒子による表面被覆率は、約30~50%であった。   FIG. 4 shows an electron micrograph (SEM photograph) of the nickel hydroxide powder (carbon-coated nickel hydroxide) coated on the surface thus produced. As shown in FIG. 4, a part of the surface of the nickel hydroxide core particles was covered with conductive material particles having a particle size smaller than the core particles. The surface coverage of the core particles with the conductive material particles measured from the electron micrograph was about 30 to 50%.

(2.コバルトフリー正極の作製)
得られた炭素被覆水酸化ニッケルは、CMC水溶液に分散させられ、水分量20質量%のスラリーが調製された。このスラリーは、厚さ0.65mmに調厚された発泡状ニッケル集電体に充填され、次いで乾燥され、ローラプレス機を用いて厚さ0.35mmにプレスされることによって、コバルトフリー正極が得られた。電極重量から発泡基材の重量を差し引き、正極容量を見積もったところ、580mAhであった。
(2. Preparation of cobalt-free positive electrode)
The obtained carbon-coated nickel hydroxide was dispersed in a CMC aqueous solution to prepare a slurry having a water content of 20% by mass. This slurry is filled in a foamed nickel current collector adjusted to a thickness of 0.65 mm, then dried, and pressed to a thickness of 0.35 mm using a roller press to obtain a cobalt-free positive electrode. It was. When the weight of the foamed substrate was subtracted from the electrode weight and the positive electrode capacity was estimated, it was 580 mAh.

(3.コバルト被覆水酸化ニッケル正極の作製)
市販のコバルトコート水酸化ニッケル(田中化学研究所製CZ)に水酸化コバルト、CMC、及びPTFEをそれぞれ3質量%、0.2質量%、及び2質量%添加し、さらに水を加えて水分量20質量%としたスラリーが調製された。コバルトフリー正極の作製方法と同様にして、発泡状ニッケル基材にこのスラリーが充填され、プレスされることによって、コバルト被覆水酸化ニッケル正極が得られた。この正極の容量は、600mAhであった。
(3. Preparation of cobalt-coated nickel hydroxide positive electrode)
Add cobalt hydroxide, CMC, and PTFE to 3%, 0.2%, and 2% by weight of commercially available cobalt-coated nickel hydroxide (CZ manufactured by Tanaka Chemical Research Laboratory), and add water to add 20% water. % Slurry was prepared. In the same manner as in the method for producing a cobalt-free positive electrode, a foamed nickel base material was filled with this slurry and pressed to obtain a cobalt-coated nickel hydroxide positive electrode. The capacity of this positive electrode was 600 mAh.

[負極の製造例]
(1.コバルトフリー負極1の作製)
[Example of negative electrode production]
(1. Production of cobalt-free negative electrode 1)

得られた負極合金粉末と、SBRバインダと、ポリアクリル酸ソーダと、CMC増粘剤と、炭素粉末(ケッチェンブラック)とを、質量比で100:1.5:0.5:0.2:0.5の割合で混合した。混合物にイオン交換水を加えて、水分量22質量%のスラリーを調製した。このスラリーを厚さ0.05mmのパンチングメタル基材に塗布し、乾燥させた。その後、ローラプレス機を用いて厚さ0.35mmにプレスすることによって、コバルトフリー負極1とした。電極重量から基材の重量を差し引き、負極目付を見積もったところ、1750g/m2であった。 The obtained negative electrode alloy powder, SBR binder, polyacrylic acid soda, CMC thickener, and carbon powder (Ketjen Black) are mixed at a mass ratio of 100: 1.5: 0.5: 0.2: 0.5 did. Ion exchange water was added to the mixture to prepare a slurry having a water content of 22% by mass. This slurry was applied to a punching metal substrate having a thickness of 0.05 mm and dried. Then, it was set as the cobalt free negative electrode 1 by pressing to thickness 0.35mm using a roller press. The weight of the base material was subtracted from the electrode weight, and the negative electrode weight was estimated to be 1750 g / m 2 .

(2.コバルトフリー負極2の作製)   (2. Preparation of cobalt-free negative electrode 2)

(3.コバルトフリー負極1の作製)   (3. Production of cobalt-free negative electrode 1)

(4.コバルト含有負極の作製)   (4. Preparation of cobalt-containing negative electrode)

コバルトフリー正極及びコバルトフリー負極1は、セパレータとして厚さ120μmのスルホン化処理ポリプロピレン不織布を介して配置され、捲回されることによって電極群が得られた。この電極群は、Sub-Cサイズの円筒型電槽(直径23mmφ×高さ43mm)に配置された。この際、円筒型電槽と電極群との隙間には、ポリプロピレン製のスペーサが挿入され、電極群が固定された。6.5M-KOH/1.5M-LiOHの電解液3.5gが注入され、さらに封缶されることによって、実施例1の密閉型電池が得られた。実施例1の密閉型電池の電池容量は、760mAhであった。   The cobalt-free positive electrode and the cobalt-free negative electrode 1 were arranged via a sulfonated polypropylene nonwoven fabric having a thickness of 120 μm as a separator and wound to obtain an electrode group. This electrode group was disposed in a Sub-C size cylindrical battery case (diameter: 23 mmφ × height: 43 mm). At this time, a polypropylene spacer was inserted into the gap between the cylindrical battery case and the electrode group, and the electrode group was fixed. A sealed battery of Example 1 was obtained by injecting 3.5 g of an electrolyte solution of 6.5M-KOH / 1.5M-LiOH and further sealing the can. The battery capacity of the sealed battery of Example 1 was 760 mAh.

コバルトフリー負極1の代わりにコバルトフリー負極2が使用される以外、すべて実施例1と同様にして、実施例2の密閉型電池が得られた。実施例2の密閉型電池の電池容量は、760mAhであった。   A sealed battery of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the cobalt-free negative electrode 2 was used instead of the cobalt-free negative electrode 1. The battery capacity of the sealed battery of Example 2 was 760 mAh.

コバルトフリー負極1の代わりにコバルトフリー負極3が使用される以外、すべて実施例1と同様にして、実施例3の密閉型電池が得られた。実施例3の密閉型電池の電池容量は、760mAhであった。   A sealed battery of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the cobalt-free negative electrode 3 was used instead of the cobalt-free negative electrode 1. The battery capacity of the sealed battery of Example 3 was 760 mAh.

コバルトフリー負極1の代わりにコバルト含有負極が使用される以外、すべて実施例1と同様にして、比較例1の密閉型電池が得られた。比較例1の密閉型電池の電池容量は、760mAhであった。   A sealed battery of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that a cobalt-containing negative electrode was used instead of the cobalt-free negative electrode 1. The battery capacity of the sealed battery of Comparative Example 1 was 760 mAh.

コバルトフリー正極の代わりにコバルト被覆水酸化ニッケル正極が使用される以外、すべて実施例1と同様にして、比較例2の密閉型電池が得られた。比較例2の密閉型電池の電池容量は、760mAhであった。   A sealed battery of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that a cobalt-coated nickel hydroxide positive electrode was used instead of the cobalt-free positive electrode. The battery capacity of the sealed battery of Comparative Example 2 was 760 mAh.

(密閉型電池試験1/充放電試験)
実施例1〜3、及び比較例1の密閉型電池について、充放電試験を行った。充放電試験は、(a) 充電:1C、110%/放電:1C、終止電圧0.8V;及び(b) 充電1C、110%/放電:10C、終止電圧0.6V:の2通り実施された。試験環境温度は、25℃であった。
(Sealed battery test 1 / Charge / discharge test)
A charge / discharge test was performed on the sealed batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. The charge / discharge test was performed in two ways: (a) charge: 1C, 110% / discharge: 1C, final voltage 0.8V; and (b) charge 1C, 110% / discharge: 10C, final voltage 0.6V. The test environment temperature was 25 ° C.

図5は、実施例1〜3、及び比較例1の密閉型電池の充放電サイクル試験結果に関するグラフを示す。図5(a)は放電時1C/終止電圧0.8Vの場合、図5(b)は放電時10C/終止電圧0.6Vの場合である。1C及び10Cいずれの放電においても、コバルトフリーである実施例1〜3の密閉型電池(密閉型アルカリ二次電池)は、比較例1の密閉型電池よりも高い放電電圧を示した。その差は、1C放電において20~40mVであり、10C放電において0.2Vに達した。   FIG. 5 shows a graph relating to the charge / discharge cycle test results of the sealed batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG. 5A shows the case of 1C during discharge / end voltage 0.8V, and FIG. 5B shows the case of 10C during discharge / end voltage 0.6V. In both 1C and 10C discharges, the cobalt-free sealed batteries of Examples 1 to 3 (sealed alkaline secondary batteries) exhibited a higher discharge voltage than the sealed battery of Comparative Example 1. The difference was 20 to 40 mV in 1C discharge and reached 0.2V in 10C discharge.

図5(a)及び(b)に示されるように、コバルトフリー負極を使用した密閉型電池は、負極合金の「y+z」の値が3.9以上4.7以下の範囲では、ほぼ同等の高い放電電圧を示したが、「y+z」の値が大きい方が、放電電圧も高くなる傾向が認められた。   As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), a sealed battery using a cobalt-free negative electrode has a substantially equal high discharge voltage when the value of “y + z” of the negative electrode alloy is in the range of 3.9 to 4.7. As shown, there was a tendency for the discharge voltage to increase as the value of “y + z” increases.

(密閉型電池試験2/サイクル特性試験)
図6は、実施例1〜3、及び比較例1の密閉型電池のサイクル特性に関するグラフを示す。実施例1の密閉型電池では、500サイクルを経たあたりから放電容量の低下が認められた。負極合金の「y+z」の値は、実施例1<実施例2<実施例3であるが、「y+z」の値が増大するにつれて、放電容量が低下し始めるサイクル数が減少する傾向が認められた。
(Sealed battery test 2 / cycle characteristic test)
6 shows a graph regarding the cycle characteristics of the sealed batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. FIG. In the sealed battery of Example 1, a decrease in discharge capacity was observed after about 500 cycles. The value of “y + z” of the negative electrode alloy is Example 1 <Example 2 <Example 3, but as the value of “y + z” increases, the number of cycles at which the discharge capacity begins to decrease is observed to decrease. It was.

(負極合金の結晶構造解析)
実施例1〜3、及び比較例1で使用された負極合金について、高輝度放射光施設Spring-8のビームラインBL19B2を用いて、波長λ=0.412ÅのX線を用いて、粉末X線回折パターンを測定した。測定用合金粉末は、リンデマンガラス製のキャピラリ(0.2mmφ)に封入した。
(Crystal structure analysis of negative electrode alloy)
For the negative electrode alloys used in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, powder X-ray diffraction was performed using X-rays having a wavelength of λ = 0.512 mm using the beam line BL19B2 of the high-intensity synchrotron radiation facility Spring-8. The pattern was measured. The alloy powder for measurement was enclosed in a Lindeman glass capillary (0.2 mmφ).

Rietveld法による結晶構造解析を行ったところ、実施例1〜3は、CaCu型相、CeCo19型相及びPrCo19型相の3種類を仮定することによって、回折ピークの強度及び形状を精度よく再現できることが確認された。同様に、比較例1の合金は、CaCu型相の単相で再現できた。結晶構造解析によって、各相の重量分率が導き出された。 When the crystal structure analysis by the Rietveld method was performed, Examples 1 to 3 showed the intensity of the diffraction peak by assuming three types of CaCu 5 type phase, Ce 5 Co 19 type phase and Pr 5 Co 19 type phase. It was confirmed that the shape could be accurately reproduced. Similarly, the alloy of Comparative Example 1 could be reproduced with a single phase of CaCu 5 type phase. The weight fraction of each phase was derived by crystal structure analysis.

図7は、それぞれの負極合金に含有される積層相及び従来合金相の種類及び量(質量%)を示す。図7より、実施例で使用されているコバルトフリー負極合金の「y+z」の値が大きくなるにつれて、従来合金相であるCaCu型結晶相の割合が増大することが確認された。このために、「y+z」の値が大きくなるにつれて、コバルトフリー負極合金の性質は、従来のCaCu型結晶相単体の性質に近づき、Coを含有していないために充放電によって微粉化が進行し、サイクル寿命が低下しやすくなることが推察された。 FIG. 7 shows the type and amount (mass%) of the laminated phase and the conventional alloy phase contained in each negative electrode alloy. From FIG. 7, it was confirmed that the ratio of the CaCu 5 type crystal phase which is a conventional alloy phase increases as the value of “y + z” of the cobalt-free negative electrode alloy used in the example increases. For this reason, as the value of “y + z” increases, the properties of the cobalt-free negative electrode alloy approach those of a conventional CaCu 5 type crystal phase, and since it does not contain Co, pulverization proceeds by charge / discharge. And it was inferred that the cycle life tends to be reduced.

(密閉型電池試験3/自己放電試験)
実施例1及び比較例1の密閉型電池について、充放電サイクルを50回繰り返した。充電条件は、1C、110%であり、放電条件は1C、終止電圧0.8Vであった。試験環境温度は、25℃であった。その後、(1) 環境温度25℃において、1C、110%で充電;(2) 端子を外して、環境温度45℃で1週間保管;(3) 環境温度25℃において、1C、終止電圧0.6Vで放電させて、密閉型電池の自己放電量を確認した。
(Sealed battery test 3 / self-discharge test)
For the sealed batteries of Example 1 and Comparative Example 1, the charge / discharge cycle was repeated 50 times. The charging conditions were 1C and 110%, the discharging conditions were 1C and the final voltage was 0.8V. The test environment temperature was 25 ° C. After that, (1) Charging at 1C, 110% at an environmental temperature of 25 ° C; (2) Removing the terminal and storing it for one week at an environmental temperature of 45 ° C; (3) 1C at an environmental temperature of 25 ° C, final voltage 0.6V The self-discharge amount of the sealed battery was confirmed.

図8は、実施例1及び比較例1の密閉型電池の上記(3)の時点における放電曲線を示す。実施例1については、(1)の充電後、10分経過後の放電曲線も図8中に示されている。図8に示されるように、実施例1の密閉型電池の方が、より高い放電容量を示した。実施例1及び比較例1の密閉型電池ともに、45℃の高温中に置かれたことにより、正極活物質の一部が充電状態のオキシ水酸化ニッケル(NiOOH)から放電状態の水酸化ニッケル(Ni(OH)2)に戻ったことが、放電量減少の主な原因になったと推察された。比較例1の密閉型電池では、50回の充放電を繰り返す間及び45℃の保管中に、負極合金から溶出したコバルトがセパレータに再析出して微小短絡経路が形成されたために、実施例1の密閉型電池よりも自己放電量が大きくなったと推察された。 FIG. 8 shows the discharge curves of the sealed batteries of Example 1 and Comparative Example 1 at the time point (3). For Example 1, the discharge curve after 10 minutes from the charging of (1) is also shown in FIG. As shown in FIG. 8, the sealed battery of Example 1 showed a higher discharge capacity. Since both the sealed batteries of Example 1 and Comparative Example 1 were placed in a high temperature of 45 ° C., a part of the positive electrode active material was changed from nickel oxyhydroxide (NiOOH) in a charged state to nickel hydroxide (NiOOH) in a discharged state ( It was speculated that the return to Ni (OH) 2 ) was the main cause of the decrease in discharge. In the sealed battery of Comparative Example 1, since the cobalt eluted from the negative electrode alloy re-deposited on the separator during the charge / discharge of 50 times and during storage at 45 ° C., a micro short circuit path was formed. It was assumed that the self-discharge amount was larger than that of the sealed battery.

(密閉型電池試験4/過充電時のサイクル耐久試験)
次に、実施例1及び比較例2の密閉型電池を用いて、過充電時のサイクル耐久試験を行った。充電条件は、1Cで0.9時間、及び0.3Cで2時間とし、合計150%充電した。放電条件は、1C、終止電圧1Vであり、50サイクル毎に0.2C、終止電圧1.0Vとした。試験環境温度は、25℃であった。
(Sealed battery test 4 / cycle endurance test during overcharge)
Next, using the sealed batteries of Example 1 and Comparative Example 2, a cycle durability test during overcharge was performed. The charging conditions were 0.9 hour at 1C and 2 hours at 0.3C, and a total of 150% was charged. The discharge conditions were 1C, a final voltage of 1V, 0.2C every 50 cycles, and a final voltage of 1.0V. The test environment temperature was 25 ° C.

図9は、実施例1及び比較例2の密閉型電池のサイクル耐久特性に関するグラフを示す。従来、炭素を導電助剤に用いた場合に過充電を行うと、炭素が酸化されて二酸化炭素のようなガスに変化してしまい、正極の性能が著しく低下することが知られている。しかし、図9より、耐酸化性炭素を導電助剤とした水酸化ニッケルを正極材として使用した実施例1の密閉型電池は、従来のコバルト被覆水酸化ニッケルを正極材として使用した比較例2の密閉型電池と比較して、ほぼ同等の高い容量維持率を示した。   FIG. 9 shows a graph relating to the cycle durability characteristics of the sealed batteries of Example 1 and Comparative Example 2. Conventionally, it is known that if overcharge is performed when carbon is used as a conductive additive, the carbon is oxidized and changed to a gas such as carbon dioxide, and the performance of the positive electrode is significantly reduced. However, from FIG. 9, the sealed battery of Example 1 using nickel hydroxide with oxidation-resistant carbon as a conductive additive as the positive electrode material is Comparative Example 2 using conventional cobalt-coated nickel hydroxide as the positive electrode material. Compared with the closed type battery, the capacity retention rate was almost the same.

(密閉型電池試験5/高率放電試験)
実施例1及び比較例2の密閉型電池について、高率放電試験を行った。高率放電試験は、充電:1C、110%/放電:10C、終止電圧0.6V;という条件で行われた。試験環境温度は、25℃であった。
(Sealed battery test 5 / High rate discharge test)
The sealed batteries of Example 1 and Comparative Example 2 were subjected to a high rate discharge test. The high rate discharge test was performed under the conditions of charge: 1C, 110% / discharge: 10C, final voltage: 0.6V. The test environment temperature was 25 ° C.

図10は、実施例1及び比較例2の密閉型電池の高率放電試験に関するグラフを示す。図10に示されるように、コバルトフリー正極を使用した実施例1の密閉型電池は、コバルト被覆水酸化ニッケル正極を使用した比較例2の密閉型電池と比較して、より高い電圧を示すことが確認された。   FIG. 10 shows a graph relating to the high rate discharge test of the sealed batteries of Example 1 and Comparative Example 2. As shown in FIG. 10, the sealed battery of Example 1 using a cobalt-free positive electrode exhibits a higher voltage than the sealed battery of Comparative Example 2 using a cobalt-coated nickel hydroxide positive electrode. Was confirmed.

[実施例4]
コバルトフリー正極、コバルトフリー負極1、実施例1と同じセパレータ、及び実施例1と同じ電解液を使用して、実施例4の開放型電池が得られた。実施例4の開放型電池の電池容量は、120mAhであった。
[Example 4]
An open type battery of Example 4 was obtained using the cobalt-free positive electrode, the cobalt-free negative electrode 1, the same separator as in Example 1, and the same electrolyte as in Example 1. The battery capacity of the open type battery of Example 4 was 120 mAh.

[比較例3]
コバルト被覆水酸化ニッケル正極、コバルトフリー負極1、実施例1と同じセパレータ、及び実施例1と同じ電解液を使用して、比較例3の開放型電池が得られた。比較例3の開放型電池の電池容量は、120mAhであった。
[Comparative Example 3]
An open-type battery of Comparative Example 3 was obtained using the cobalt-coated nickel hydroxide positive electrode, the cobalt-free negative electrode 1, the same separator as in Example 1, and the same electrolytic solution as in Example 1. The battery capacity of the open type battery of Comparative Example 3 was 120 mAh.

(開放型電池試験1/強制短絡試験)
実施例4及び比較例3の開放型電池を用いて、強制短絡試験を行った。まず、(1) 0.25C、120%の条件で充電し;次に、(2) 0.25C、終止電圧1.0Vの条件で放電させた。充電及び放電時の環境温度は、25℃であった。その後、(3) 正極端子と負極端子を短絡させ、45℃の恒温槽内で一定日数保管した。
(Open battery test 1 / Forced short circuit test)
Using the open type batteries of Example 4 and Comparative Example 3, a forced short circuit test was performed. First, (1) charging was performed under the conditions of 0.25C and 120%; and (2) discharging was performed under the conditions of 0.25C and a final voltage of 1.0V. The environmental temperature during charging and discharging was 25 ° C. Thereafter, (3) the positive electrode terminal and the negative electrode terminal were short-circuited and stored in a constant temperature bath at 45 ° C. for a certain number of days.

図11は、実施例4及び比較例3の開放型電池について、短絡日数((3)の保管日数)と、45℃保管後の容量維持率との関係をプロットしたグラフを示す。図11に示されるように、コバルト被覆水酸化ニッケル正極を使用した比較例3の開放型電池は、短絡日数が長くなるにつれて容量維持率が低下し、6週間の保管後の容量維持率は初期の83%まで低下した。一方、コバルトフリー正極を使用した実施例4の開放型電池は、容量の低下が少なく、6週間の保管後の容量維持率は、初期の96%であった。   FIG. 11 shows a graph plotting the relationship between the short circuit days ((3) storage days) and the capacity retention rate after 45 ° C. storage for the open batteries of Example 4 and Comparative Example 3. As shown in FIG. 11, the open type battery of Comparative Example 3 using the cobalt-coated nickel hydroxide positive electrode has a capacity retention rate that decreases as the number of short-circuit days increases, and the capacity maintenance rate after storage for 6 weeks is initial. Of 83%. On the other hand, the open-type battery of Example 4 using a cobalt-free positive electrode had little decrease in capacity, and the capacity retention rate after storage for 6 weeks was 96% of the initial stage.

(開放型電池試験2/強制過放電試験)
実施例4及び比較例3の開放型電池について、強制過放電試験を行った。まず、(1) 0.25C、120%の条件で充電し;次に、(2) 0.25C、10時間の条件で放電させた。(1)及び(2)の工程を繰り返し、電池容量の200%に相当する放電を行った。充電及び放電時の環境温度は、25℃であった。
(Open battery test 2 / Forced overdischarge test)
For the open batteries of Example 4 and Comparative Example 3, a forced overdischarge test was performed. First, (1) the battery was charged at 0.25C, 120%; and (2) the battery was discharged at 0.25C, 10 hours. The steps (1) and (2) were repeated, and discharging corresponding to 200% of the battery capacity was performed. The environmental temperature during charging and discharging was 25 ° C.

図12は、電池容量の200%に相当する放電を行った次の充放電サイクルにおける、実施例4及び比較例3の開放型電池の充放電曲線を示す。図12に示されるように、比較例3の開放型電池は、放電容量が初期の39%まで大幅に低下した。一方、実施例4の開放型電池は、強制過放電を経た次のサイクルにおいても、放電容量が初期の82%であった。   FIG. 12 shows the charge / discharge curves of the open batteries of Example 4 and Comparative Example 3 in the next charge / discharge cycle in which discharge corresponding to 200% of the battery capacity was performed. As shown in FIG. 12, the discharge capacity of the open type battery of Comparative Example 3 was significantly reduced to the initial 39%. On the other hand, the open type battery of Example 4 had an initial discharge capacity of 82% even in the next cycle after forced overdischarge.

正極−負極間を短絡して高温に保持する場合、又は強制的に過放電させた場合、導電ネットワークを形成していたオキシ水酸化コバルトは、水酸化コバルトに還元されてしまう。水酸化コバルトは導電性が低く、導電ネットワークとしては十分に機能しないうえ、その一部は電解液中に溶出してしまう。再度充電を行う際に、一部のコバルトは再析出して導電ネットワークを再構成するが、完全に元の状態には戻らず、セパレータに再析出してしまうものもある。このため、電池容量の低下といった電池性能の劣化が引き起こされると推察される。   When the positive electrode and the negative electrode are short-circuited and kept at a high temperature, or when forced overdischarge is performed, the cobalt oxyhydroxide that has formed the conductive network is reduced to cobalt hydroxide. Cobalt hydroxide has low conductivity and does not function sufficiently as a conductive network, and part of it is eluted into the electrolyte. When charging again, a part of cobalt reprecipitates to reconstitute the conductive network. However, some cobalt does not completely return to the original state but reprecipitates on the separator. For this reason, it is guessed that deterioration of battery performance, such as a reduction in battery capacity, is caused.

図8、図11及び図12に示されるように、正極又は負極のどちらか一方の活物質にコバルトが含有されている場合には、電解液中へのコバルト溶出と、充電時のコバルト再析出が繰り返されるために、容量劣化及び自己放電量の増大が引き起こされる。バス又は電車のような公共交通機関、ガントリークレーンのような大型機械の駆動及び回生エネルギー利用、又は風力発電若しくは太陽光のような自然エネルギー発電のピークカットに使用される大型産業用電池は、従来の小型民生用電池と比べて、過酷な状況で長期間使用されることを前提としており、高出力特性、高容量特性、サイクル寿命特性、低自己放電性、過放電耐性及び過充電耐性といった、より多くの要求に応えなければならない。   As shown in FIGS. 8, 11, and 12, when cobalt is contained in either the positive electrode or the negative electrode, cobalt elution into the electrolytic solution and cobalt reprecipitation during charging Is repeated, the capacity is deteriorated and the self-discharge amount is increased. Large industrial batteries used for public transportation such as buses or trains, driving large machinery such as gantry cranes and using regenerative energy, or for peak cuts in natural energy generation such as wind power or solar power, Compared with small consumer batteries, it is assumed that it will be used for a long time in harsh conditions, such as high output characteristics, high capacity characteristics, cycle life characteristics, low self-discharge characteristics, overdischarge resistance and overcharge resistance, We have to meet more demands.

正極利用率を向上させる導電助剤、及び負極合金の微粉化防止剤として、従来は活物質に必須とされたコバルトであるが、本発明のコバルトフリーのアルカリ二次電池は、コバルトフリー正極及びコバルトフリー負極とを組み合わせることによって、正極及び負極の活物質をコバルトフリーの代替材料で置き換えることができるだけでなく、電極構成元素の溶出を抑え、自己放電抑制機能及び過放電耐性を大幅に向上させることが可能である。   As a conductive aid for improving the utilization rate of the positive electrode and an anti-dusting agent for the negative electrode alloy, cobalt is conventionally essential for the active material, but the cobalt-free alkaline secondary battery of the present invention includes a cobalt-free positive electrode and a cobalt-free positive electrode. By combining with a cobalt-free negative electrode, not only can the active material of the positive electrode and negative electrode be replaced with a cobalt-free alternative material, but also the elution of electrode constituent elements is suppressed, and the self-discharge suppression function and overdischarge resistance are greatly improved. It is possible.

本発明のコバルトフリーのアルカリ二次電池は、様々な技術分野における大型産業用の二次電池として有用である。   The cobalt-free alkaline secondary battery of the present invention is useful as a secondary battery for large industries in various technical fields.

21:正極用粉末(炭素被覆された正極活物質)
31:核粒子
33:炭素からなる導電材粒子
37:反応部
41:流動層コーティング装置
43:流動槽
45:排風機
47:流動層
49:噴霧器
51:ディスクロータ
53:空気分散板
55:インペラ
57:ノズル
59:気体供給口
61:液体供給口
65:フィルタ
67:払落し機構
A:空気流
CL: コーティング液
21: Powder for positive electrode (carbon coated positive electrode active material)
31: Core particles 33: Conductive material particles made of carbon 37: Reaction section 41: Fluidized bed coating device 43: Fluidized tank 45: Air exhauster 47: Fluidized bed 49: Sprayer 51: Disk rotor 53: Air dispersion plate 55: Impeller 57 : Nozzle 59: Gas supply port 61: Liquid supply port 65: Filter 67: Removal mechanism A: Air flow CL: Coating liquid

Claims (5)

導電助剤としてコバルトを含有しない正極材を有する正極と、
コバルトを含有しない負極活物質を有する負極と、
アルカリ水溶液からなる電解液と、
セパレータと、
を備えるアルカリ二次電池。
A positive electrode having a positive electrode material containing no cobalt as a conductive additive;
A negative electrode having a negative electrode active material not containing cobalt;
An electrolyte solution comprising an alkaline aqueous solution;
A separator;
An alkaline secondary battery comprising:
前記正極材が、炭素を表面に被覆させた正極活物質である、請求項1に記載のアルカリ二次電池。   The alkaline secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode material is a positive electrode active material having a surface coated with carbon. 前記正極材が、炭素を表面に被覆させた水酸化ニッケルである、請求項1又は2に記載のアルカリ二次電池。   The alkaline secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the positive electrode material is nickel hydroxide having a surface coated with carbon. 前記負極活物質が、化学式1:RE1−xMgNiAl
で表される水素吸蔵合金である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアルカリ二次電池:
ここで、REは希土類元素であり;
0.05≦x≦0.3、2.9≦y≦4.4、0.1≦z≦0.3である。
The negative electrode active material is represented by chemical formula 1: RE 1-x Mg x Ni y Al z.
The alkaline secondary battery according to any one of claims 1 to 3, which is a hydrogen storage alloy represented by:
Where RE is a rare earth element;
0.05 ≦ x ≦ 0.3, 2.9 ≦ y ≦ 4.4, and 0.1 ≦ z ≦ 0.3.
前記電解液が、水酸化カリウム及び水酸化リチウムを含有する水溶液である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のアルカリ二次電池。   The alkaline secondary battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution is an aqueous solution containing potassium hydroxide and lithium hydroxide.
JP2011068463A 2011-03-25 2011-03-25 Cobalt-free alkaline secondary battery Withdrawn JP2012204177A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011068463A JP2012204177A (en) 2011-03-25 2011-03-25 Cobalt-free alkaline secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011068463A JP2012204177A (en) 2011-03-25 2011-03-25 Cobalt-free alkaline secondary battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012204177A true JP2012204177A (en) 2012-10-22

Family

ID=47184954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011068463A Withdrawn JP2012204177A (en) 2011-03-25 2011-03-25 Cobalt-free alkaline secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012204177A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015151704A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-08 Fdk株式会社 Nickel hydrogen secondary battery
US20160351907A1 (en) * 2014-02-10 2016-12-01 Exergy Power Systems, Inc. Alkaline secondary cell
CN113880147A (en) * 2021-09-24 2022-01-04 蜂巢能源科技有限公司 Preparation method for reducing voltage drop of positive electrode material, positive electrode material and application
WO2022199350A1 (en) * 2021-03-26 2022-09-29 蜂巢能源科技股份有限公司 Cobalt-free positive electrode material, preparation method therefor and application thereof
WO2022206278A1 (en) * 2021-03-30 2022-10-06 蜂巢能源科技股份有限公司 Single-crystal high-nickel positive electrode material, preparation method therefor, and application thereof

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160351907A1 (en) * 2014-02-10 2016-12-01 Exergy Power Systems, Inc. Alkaline secondary cell
US10381647B2 (en) * 2014-02-10 2019-08-13 Exergy Power Systems, Inc. Alkaline secondary cell
WO2015151704A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-08 Fdk株式会社 Nickel hydrogen secondary battery
JP2015195108A (en) * 2014-03-31 2015-11-05 Fdk株式会社 Nickel hydrogen secondary battery
WO2022199350A1 (en) * 2021-03-26 2022-09-29 蜂巢能源科技股份有限公司 Cobalt-free positive electrode material, preparation method therefor and application thereof
WO2022206278A1 (en) * 2021-03-30 2022-10-06 蜂巢能源科技股份有限公司 Single-crystal high-nickel positive electrode material, preparation method therefor, and application thereof
CN113880147A (en) * 2021-09-24 2022-01-04 蜂巢能源科技有限公司 Preparation method for reducing voltage drop of positive electrode material, positive electrode material and application
CN113880147B (en) * 2021-09-24 2023-11-07 蜂巢能源科技有限公司 Preparation method for reducing voltage drop of positive electrode material, positive electrode material and application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2403654C1 (en) Cathode active material for high-safety lithium secondary batteries, method for preparing such material and lithium secondary batteries containing such material
US20140004422A1 (en) Positive electrode active material for magnesium secondary battery, magnesium secondary battery, method for manufacturing positive electrode active material for magnesium secondary battery, and method for manufacturing magnesium secondary battery
JP2001357845A (en) Nickel-based secondary battery and method of manufacturing for this secondary battery
JP5119577B2 (en) Nickel metal hydride battery
TW201421785A (en) Anode active material having high density and preparation method thereof
JP6083083B2 (en) Reversible fuel cell using mixed electrodes
JP5686700B2 (en) Positive electrode active material for alkaline storage battery, method for producing positive electrode active material for alkaline storage battery, positive electrode for alkaline storage battery, and alkaline storage battery
JP2012204177A (en) Cobalt-free alkaline secondary battery
JP6094902B2 (en) Positive electrode for alkaline storage battery and alkaline storage battery using the same
JP2012099275A (en) Powder for alkaline storage battery positive electrode and manufacturing method thereof
JP2012227106A (en) Nickel-metal hydride battery
JP5629187B2 (en) Positive electrode for alkaline storage battery and method for producing the same
JP2012188728A (en) Composite hydrogen-storage alloy and nickel-metal hydride storage battery
JP2004071304A (en) Positive active material for alkaline storage battery, positive electrode using it, and alkaline storage battery
JP5481803B2 (en) Nickel metal hydride storage battery
JPWO2014049966A1 (en) Positive electrode active material for alkaline storage battery, positive electrode and alkaline storage battery for alkaline storage battery containing the same, and nickel metal hydride storage battery
JP3433049B2 (en) Non-sintered nickel electrode for alkaline storage batteries
JP4956863B2 (en) Cathode active material for alkaline storage battery and alkaline storage battery using the same
WO2020012891A1 (en) Nickel-metal hydride battery
JP5532390B2 (en) Nickel metal hydride storage battery
JP2001043855A (en) Non-sintered nickel electrode for alkali storage battery
JP5309479B2 (en) Alkaline storage battery
Hsu et al. Rechargeable Batteries for Energy Storage: A review
WO2016051688A1 (en) Alloy powder for electrodes, negative electrode for nickel-metal hydride storage batteries using same, and nickel-metal hydride storage battery
JPH11176432A (en) Non-sintered nickel electrode for alkaline storage battery

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140603