JP2020155266A - 亜鉛電池用電解液及び亜鉛電池 - Google Patents
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Abstract
Description
(正極)2NiOOH+2H2O+2e− → 2Ni(OH)2+2OH−
(負極)Zn+2OH− → Zn(OH)2+2e−
一実施形態の電解液は、カチオン性界面活性剤と、ノニオン性界面活性剤とを含有する。カチオン性界面活性剤及びノニオン性界面活性剤は、電解液の溶媒(例えば水)に対して溶解可能な有機化合物又はその塩であり、電解液中に溶解した状態で存在してよい。
式(1):(R1)nN+(R2)n−4 X−
[式(1)中、nは1又は2であり、R1は、炭素数1〜20の炭化水素基であり、複数のR2は、それぞれ独立して、炭素数1〜20の炭化水素基であり、X−は、アニオンを表す。nが2である場合、複数のR1は、同一でも異なっていてもよい。]
式(2):R3O(CH2CH2O)mH
[式(2)中、mは2〜60の整数であり、R3は、炭素数1〜30の炭化水素基である。]
式(3):R4C6H11O(CH2CH2O)pH
[式(3)中、pは2〜60の整数であり、R4は、炭素数1〜30の炭化水素基である。]
本実施形態のニッケル亜鉛電池(例えばニッケル亜鉛二次電池)は、例えば、電槽と、電槽に収容された電極群(例えば極板群)及び電解液と、を備える。本実施形態の亜鉛電池は化成後又は未化成のいずれであってもよい。
[電解液の調製]
イオン交換水に、電解質である水酸化カリウム(KOH)及び水酸化リチウム(LiOH)と、カチオン性界面活性剤であるテトラデシルトリメチルアンモニウムブロミド(特級試薬、富士フィルム和光純薬株式会社製)と、ノニオン性界面活性剤であるTriton−X100(シグマアルドリッチジャパン合同会社製)とを加え、混合することにより電解液(水酸化カリウム濃度:25質量%、水酸化ナトリウム濃度:1質量%、カチオン性界面活性剤濃度:0.005質量%、ノニオン性界面活性剤濃度:0.005質量%)を調製した。
空隙率95%の発泡ニッケルからなる格子体を用意し、格子体を加圧成形することで正極集電体を得た。次いで、コバルトコート水酸化ニッケル粉末、金属コバルト、水酸化コバルト、酸化イットリウム、CMC、PTFE、イオン交換水を所定量秤量して混合し、混合液を攪拌することにより、正極材ペーストを作製した。この際、固形分の質量比を、「水酸化ニッケル:金属コバルト:酸化イットリウム:水酸化コバルト:CMC:PTFE=88:10.3:1:0.3:0.3:0.1」に調整した。正極材ペーストの水分量は、正極材ペーストの全質量基準で27.5質量%に調整した。次いで、正極材ペーストを正極集電体の正極材支持部に塗布した後、80℃で30分乾燥した。その後、ロールプレスにて加圧成形し、正極材層を有する未化成の正極を得た。
負極集電体として開孔率60%のスズメッキを施した鋼板パンチングメタルを用意した。次いで、酸化亜鉛、金属亜鉛、HEC及びイオン交換水を所定量秤量して混合し、得られた混合液を攪拌することにより負極材ペーストを作製した。この際、固形分の質量比を「酸化亜鉛:金属亜鉛:HEC=85:11.5:3.5」に調整した。HECとしては、住友精化株式会社製のAV−15F(商品名)を使用した。負極材ペーストの水分量は、負極材ペーストの全質量基準で32.5質量%に調整した。次いで、負極材ペーストを負極集電体上に塗布した後、80℃で30分乾燥した。その後、ロールプレスにて加圧成形し、負極材(負極材層)を有する未化成の負極を得た。
セパレータには、微多孔膜として、UP3355(宇部興産社製、商品名、透気度:440sec/100mL)、不織布として、不織布(ニッポン高度紙工業株式会社製、商品名:VL−100、透気度:0.3sec/100mL)を、それぞれ用いた。微多孔膜は、電池組立て前に、界面活性剤Triton−X100(シグマアルドリッチジャパン合同会社製)で、親水化処理した。親水化処理は、Triton−X100が1質量%の量で含まれる水溶液に微多孔膜を24時間浸漬した後、室温で1時間乾燥する方法で行った。なお、微多孔膜の透気度は親水化処理後の値を示す。さらに、微多孔膜は、所定の大きさに裁断し、それを半分に折り、側面を熱溶着することで袋状に加工した。不織布は、所定の大きさに裁断したものを使用した。
袋状に加工した微多孔膜に、正極(未化成の正極)及び負極(未化成の負極)のそれぞれを1枚収納した。袋状の微多孔膜に収納された正極と、袋状の微多孔膜に収納された負極と、不織布とを積層した後、同極性の極板同士をストラップで連結させて電極群(極板群)を作製した。電極群は、正極11枚及び負極12枚で、正極と負極の間(正極側の微多孔膜と負極側の微多孔膜との間)に不織布を1枚ずつ配置した構成とした。この電極群を電槽内に配置した後、電槽の上面に蓋体を接着し、上記電解液を電槽内に注入することにより、未化成のニッケル亜鉛電池を得た。その後、0.8A、15時間の条件で充電を行い、公称容量が8Ahのニッケル亜鉛電池を作製した。
電解液の調製において、ノニオン性界面活性剤を用いなかったこと、及び、電解液中のカチオン性界面活性剤の濃度が0.01質量%となるように、カチオン性界面活性剤の使用量を変更したこと以外は、実施例1と同様にして電解液を調製した。こうして得られた電解液を用いたこと以外は実施例1と同様にしてニッケル亜鉛電池を作製した。
電解液の調製において、カチオン性界面活性剤を用いなかったこと、及び、電解液中のノニオン性界面活性剤の濃度が0.01質量%となるように、ノニオン性界面活性剤の使用量を変更したこと以外は、実施例1と同様にして電解液を調製した。こうして得られた電解液を用いたこと以外は実施例1と同様にしてニッケル亜鉛電池を作製した。
電解液の調製において、カチオン性界面活性剤及びノニオン性界面活性剤を用いなかったこと以外は、実施例1と同様にして電解液を調製した。こうして得られた電解液を用いたこと以外は実施例1と同様にしてニッケル亜鉛電池を作製した。
下記の操作を1サイクルとする試験(25℃)を上記実施例及び比較例のニッケル亜鉛電池に対して行い、各サイクルの放電容量を測定した。そして、初回サイクル時の放電容量に対する各サイクル時の放電容量の維持率(%)を算出した。結果を表1及び図2に示す。なお、下記の単位「C」とは、満充電状態から定格容量を定電流放電するときの電流の大きさを相対的に表したものである。単位「C」は、“放電電流値(A)/電池容量(Ah)”を意味する。例えば、定格容量を1時間で放電させることができる電流を「1C」、2時間で放電させることができる電流を「0.5C」と表現する。
・8A(1C)、1.9Vの定電圧充電(電流値40mA(0.05C)まで減衰した時点で充電終止)
・電池電圧が1.1Vに到達するまで2.5A(0.25C)の定電流放電
Claims (4)
- カチオン性界面活性剤と、ノニオン性界面活性剤とを含有する、亜鉛電池用電解液。
- 前記カチオン性界面活性剤は、モノアルキルトリメチルアンモニウム塩又はジアルキルジメチルアンモニウム塩である、請求項1に記載の亜鉛電池用電解液。
- 前記ノニオン性界面活性剤は、ポリオキシエチレンアルキルエーテル又はポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルである、請求項1又は2に記載の亜鉛電池用電解液。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の電解液を備える、亜鉛電池。
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