JP2589150B2 - アルカリ亜鉛蓄電池 - Google Patents
アルカリ亜鉛蓄電池Info
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- JP2589150B2 JP2589150B2 JP63150551A JP15055188A JP2589150B2 JP 2589150 B2 JP2589150 B2 JP 2589150B2 JP 63150551 A JP63150551 A JP 63150551A JP 15055188 A JP15055188 A JP 15055188A JP 2589150 B2 JP2589150 B2 JP 2589150B2
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- Japan
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- current collector
- hydrogen
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
- H01M4/244—Zinc electrodes
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は銀−亜鉛蓄電池、ニッケル−亜鉛蓄電池等の
ように負極に亜鉛極を用い、電解液にアルカリ水溶液を
用いるアルカリ亜鉛蓄電池に関し、特に亜鉛極に使用す
る集電体の改良に関するものである。
ように負極に亜鉛極を用い、電解液にアルカリ水溶液を
用いるアルカリ亜鉛蓄電池に関し、特に亜鉛極に使用す
る集電体の改良に関するものである。
（ロ） 従来の技術 アルカリ亜鉛蓄電池において、負極活物質としての亜
鉛は、単位重量あたりのエネルギー密度が大きくかつ安
価であるという利点を有する。ところが亜鉛は放電時に
アルカリ電解液に溶出して亜鉛酸イオンとなり、充電時
にこの亜鉛酸イオンが亜鉛極表面に電析するという充放
電反応を行なう。その結果、この亜鉛極の電析電位が水
素発生電位より電気化学的に卑なため、充電時や放置時
に負極から水素が発生し、電池内部圧力を高める欠点が
ある。
鉛は、単位重量あたりのエネルギー密度が大きくかつ安
価であるという利点を有する。ところが亜鉛は放電時に
アルカリ電解液に溶出して亜鉛酸イオンとなり、充電時
にこの亜鉛酸イオンが亜鉛極表面に電析するという充放
電反応を行なう。その結果、この亜鉛極の電析電位が水
素発生電位より電気化学的に卑なため、充電時や放置時
に負極から水素が発生し、電池内部圧力を高める欠点が
ある。
ここで活物質上からの水素発生を抑制する方法として
は、従来より亜鉛活物質に水銀やカドミウム等の水素過
電圧を高める物質を添加する方法が提案されている。こ
れにより、活物質上からの水素発生はかなり抑制される
が活物質を支持する集電体上からの水素発生を抑えるこ
とはできない。集電体面から水素が発生すると、電池内
圧が上昇し、液モレの原因となるばかりか、集電体と活
物質が剥離し、電池の容量低下を招く原因となる。この
対策としてたとえば特開昭48−13830号公報では、水素
過電圧が低い集電体を用いることによる自己放電を防止
するために、水素過電圧が比較的高いカドミウム、水
銀、鉛、スズ等をメッキした集電体に、亜鉛活物質を塗
着した亜鉛極が提案されており、これにより集電体上か
らの水素発生が抑制される。
は、従来より亜鉛活物質に水銀やカドミウム等の水素過
電圧を高める物質を添加する方法が提案されている。こ
れにより、活物質上からの水素発生はかなり抑制される
が活物質を支持する集電体上からの水素発生を抑えるこ
とはできない。集電体面から水素が発生すると、電池内
圧が上昇し、液モレの原因となるばかりか、集電体と活
物質が剥離し、電池の容量低下を招く原因となる。この
対策としてたとえば特開昭48−13830号公報では、水素
過電圧が低い集電体を用いることによる自己放電を防止
するために、水素過電圧が比較的高いカドミウム、水
銀、鉛、スズ等をメッキした集電体に、亜鉛活物質を塗
着した亜鉛極が提案されており、これにより集電体上か
らの水素発生が抑制される。
（ハ） 発明が解決しようとする課題 水素過電圧が高い金属を、集電体にメッキすることに
より、集電体上からの水素発生抑制の効果は認められる
が、水素過電圧が高いこれらの金属は亜鉛と固溶しやす
いという性質がある。このため充電時に亜鉛が集電体に
電着すると、メッキされた金属が亜鉛と固溶し、前記メ
ッキがはがれ、その結果活物質と集電体との密着性が低
下するという問題点があった。
より、集電体上からの水素発生抑制の効果は認められる
が、水素過電圧が高いこれらの金属は亜鉛と固溶しやす
いという性質がある。このため充電時に亜鉛が集電体に
電着すると、メッキされた金属が亜鉛と固溶し、前記メ
ッキがはがれ、その結果活物質と集電体との密着性が低
下するという問題点があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、集電体上からの水素発生を抑制し、集電体と活物質
との密着性の向上を計ることを課題とする。
て、集電体上からの水素発生を抑制し、集電体と活物質
との密着性の向上を計ることを課題とする。
（ニ） 課題を解決するための手段 本発明のアルカリ亜鉛蓄電池は、金属芯体に亜鉛メッ
キを施し、メッキされた亜鉛の一部を、亜鉛より酸化還
元電位が貴であり、かつ水素過電圧の大きな金属で一部
イオン置換した集電体を亜鉛極に用いることを特徴とす
るものである。ここで前記亜鉛より酸化還元電位が貴で
あり、かつ水素過電圧の大きな金属としては、インジウ
ム、タリウム、カドミウム、スズ、鉛等が使用できる。
キを施し、メッキされた亜鉛の一部を、亜鉛より酸化還
元電位が貴であり、かつ水素過電圧の大きな金属で一部
イオン置換した集電体を亜鉛極に用いることを特徴とす
るものである。ここで前記亜鉛より酸化還元電位が貴で
あり、かつ水素過電圧の大きな金属としては、インジウ
ム、タリウム、カドミウム、スズ、鉛等が使用できる。
（ホ） 作用 メッキされた亜鉛は純亜鉛であるので、アルカリ水溶
液中に浸すと水素発生をともなう自己放電がおきるが、
水素過電圧の大きな金属でその一部をイオン置換させる
と、メッキされた亜鉛部分からの水素発生は完全に抑え
られる。
液中に浸すと水素発生をともなう自己放電がおきるが、
水素過電圧の大きな金属でその一部をイオン置換させる
と、メッキされた亜鉛部分からの水素発生は完全に抑え
られる。
また充電反応により、電着する亜鉛と一部をイオン置
換された亜鉛メッキ部分との密着性は良く活物質と集電
体との剥離は生じない。
換された亜鉛メッキ部分との密着性は良く活物質と集電
体との剥離は生じない。
これらの理由により、長期充電放置を行なっても、特
性低下のない亜鉛極が得られる。
性低下のない亜鉛極が得られる。
集電体からの水素発生を抑えるという観点からは、亜
鉛と水素過電圧の大きい金属の共析メッキを施こすとい
う方法においても、同様の効果は得られるが、水素過電
圧の大きな金属、たとえばインジウムやタリウムと亜鉛
との共析メッキで得られる表面は、きわめて平滑であ
り、このために活物質と集電体との密着性が低下すると
いう問題点がある。これに対し、亜鉛メッキを施こした
後に水素過電圧の大きな金属でイオン置換した集電体表
面はポーラスであり、活物質と集電体との機械的密着性
も優れているという特徴がある。
鉛と水素過電圧の大きい金属の共析メッキを施こすとい
う方法においても、同様の効果は得られるが、水素過電
圧の大きな金属、たとえばインジウムやタリウムと亜鉛
との共析メッキで得られる表面は、きわめて平滑であ
り、このために活物質と集電体との密着性が低下すると
いう問題点がある。これに対し、亜鉛メッキを施こした
後に水素過電圧の大きな金属でイオン置換した集電体表
面はポーラスであり、活物質と集電体との機械的密着性
も優れているという特徴がある。
（ヘ） 実 施 例 以下に本発明の実施例を説明する。
まず最初に金属芯体としてのパンチングニッケル板の
表面に、厚さ３μｍの亜鉛メッキを施した。
表面に、厚さ３μｍの亜鉛メッキを施した。
次にこの亜鉛メッキを施したパンチングニッケル板
を、それぞれ0.01モルの塩化第二タリウム水溶液、0.05
モルの塩化インジウム水溶液、0.05モルのスズ酸ナトリ
ウム水溶液に浸漬させて水洗し、亜鉛とイオン置換を行
なった。このようにしてa:亜鉛メッキの一部をタリウム
で置換した集電体、b:亜鉛メッキの一部をインジウムで
置換した集電体、c:亜鉛メッキの一部をスズで置換した
集電体を得た。
を、それぞれ0.01モルの塩化第二タリウム水溶液、0.05
モルの塩化インジウム水溶液、0.05モルのスズ酸ナトリ
ウム水溶液に浸漬させて水洗し、亜鉛とイオン置換を行
なった。このようにしてa:亜鉛メッキの一部をタリウム
で置換した集電体、b:亜鉛メッキの一部をインジウムで
置換した集電体、c:亜鉛メッキの一部をスズで置換した
集電体を得た。
次いで酸化亜鉛粉末80重量部、金属亜鉛粉末10重量
部、添加剤としての酸化カドミウム10重量部及び結着剤
としての耐アルカリ性撥水性のフッ素樹脂粉末５重量部
からなる混合粉末に、水を加えて混練し、フッ素樹脂を
繊維化した後圧延してシートを得、このシートを前記集
電体の両面に圧着させた、本発明に係る亜鉛極ａ、ｂ、
ｃを得た。
部、添加剤としての酸化カドミウム10重量部及び結着剤
としての耐アルカリ性撥水性のフッ素樹脂粉末５重量部
からなる混合粉末に、水を加えて混練し、フッ素樹脂を
繊維化した後圧延してシートを得、このシートを前記集
電体の両面に圧着させた、本発明に係る亜鉛極ａ、ｂ、
ｃを得た。
また比較例としてメッキを施していない集電体、イン
ジウムメッキを施した集電体、亜鉛メッキを施してイオ
ン置換を行なっていない集電体、亜鉛インジウム共析メ
ッキを行なった集電体を用いて同様に亜鉛極を作成し、
比較亜鉛極ｄ、ｅ、ｆ、ｇとした。
ジウムメッキを施した集電体、亜鉛メッキを施してイオ
ン置換を行なっていない集電体、亜鉛インジウム共析メ
ッキを行なった集電体を用いて同様に亜鉛極を作成し、
比較亜鉛極ｄ、ｅ、ｆ、ｇとした。
これらの亜鉛極ａ〜ｇ、周知の焼結式ニッケル極を組
み合わせ、円筒形のニッケル亜鉛電池を、一条件につき
10セルずつ作成した。そしてそれぞれ本発明電池Ａ、
Ｂ、Ｃ、比較電池Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇとした。次にこれらの
電池すべてについて、深度100％の充放電サイクルを10
サイクル行なった後、電池容量の測定を行なった。この
時の電池容量については、どの条件の電池もほとんど同
じであった。
み合わせ、円筒形のニッケル亜鉛電池を、一条件につき
10セルずつ作成した。そしてそれぞれ本発明電池Ａ、
Ｂ、Ｃ、比較電池Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇとした。次にこれらの
電池すべてについて、深度100％の充放電サイクルを10
サイクル行なった後、電池容量の測定を行なった。この
時の電池容量については、どの条件の電池もほとんど同
じであった。
更にこの後電池を満充電の状態にして40℃の温度下に
１カ月間保存し、容量残存率と漏液のセル数を調べた。
尚、サンプル数は10セルずつで行った。その結果を第１
表に示す。
１カ月間保存し、容量残存率と漏液のセル数を調べた。
尚、サンプル数は10セルずつで行った。その結果を第１
表に示す。
本発明電池Ａ、Ｂ、Ｃの容量残存率はいずれも約60％
で、この値は主にニッケル正極の自己放電による値と一
致する。一方、比較電池Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの容量残存率
は、この値より小さく、電池の自己放電量は亜鉛極に支
配されていることが理解される。また本発明電池Ａ、
Ｂ、Ｃについては漏液はみられなかったが、比較電池
Ｄ、Ｅ、Ｆについては、それぞれ５セル、２セル、５セ
ルの漏液が観察された。これは比較電池Ｄ、Ｅ、Ｆは、
自己放電による集電体からの水素発生量が多いために、
内圧が上昇し、漏液したものと考えられる。
で、この値は主にニッケル正極の自己放電による値と一
致する。一方、比較電池Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの容量残存率
は、この値より小さく、電池の自己放電量は亜鉛極に支
配されていることが理解される。また本発明電池Ａ、
Ｂ、Ｃについては漏液はみられなかったが、比較電池
Ｄ、Ｅ、Ｆについては、それぞれ５セル、２セル、５セ
ルの漏液が観察された。これは比較電池Ｄ、Ｅ、Ｆは、
自己放電による集電体からの水素発生量が多いために、
内圧が上昇し、漏液したものと考えられる。
次に、40℃で１カ月間の放置を行なった電池Ａ〜Ｇに
ついて、更に10サイクルの充放電を行ない、再度容量を
測定して、初期時の値を100として比較した。その結果
を第２表に示す。
ついて、更に10サイクルの充放電を行ない、再度容量を
測定して、初期時の値を100として比較した。その結果
を第２表に示す。
第２表の結果より、本発明電池Ａ〜Ｃは、ほとんど初
期時の電池容量と変わらないのに対し、比較電池Ｄ〜Ｇ
の容量は、初期時の値より低下しているのが認められ
る。これは比較電池Ｄ〜Ｇの比較亜鉛極ｄ〜Ｇが、高温
放置時に集電体表面から水素を発生し、これが原因とな
って集電体と活物質が一部剥離したことに起因すると考
えられる。
期時の電池容量と変わらないのに対し、比較電池Ｄ〜Ｇ
の容量は、初期時の値より低下しているのが認められ
る。これは比較電池Ｄ〜Ｇの比較亜鉛極ｄ〜Ｇが、高温
放置時に集電体表面から水素を発生し、これが原因とな
って集電体と活物質が一部剥離したことに起因すると考
えられる。
尚、金属芯体に施された亜鉛メッキの厚みとしては３
μｍ以上が必要であり、これより薄いと亜鉛メッキの効
果が十分に得られなくなる。
μｍ以上が必要であり、これより薄いと亜鉛メッキの効
果が十分に得られなくなる。
（ト） 発明の効果 本発明のアルカリ亜鉛蓄電池は、高温下に長期間放置
しても水素発生が抑制され、電池容量の低下がなく、安
定した特性を有するものであり、その工業的価値はきわ
めて大きい。
しても水素発生が抑制され、電池容量の低下がなく、安
定した特性を有するものであり、その工業的価値はきわ
めて大きい。
Claims (1)
- 【請求項１】金属芯体に亜鉛メッキを施し、メッキされ
た亜鉛の一部を、亜鉛より酸化還元電位が貴であり、か
つ水素過電圧の大きな金属で一部イオン置換した集電体
を亜鉛極に用いることを特徴とするアルカリ亜鉛蓄電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63150551A JP2589150B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63150551A JP2589150B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01319261A JPH01319261A (ja) | 1989-12-25 |
| JP2589150B2 true JP2589150B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=15499349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63150551A Expired - Fee Related JP2589150B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2589150B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998028805A1 (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-02 | Aer Energy Resources, Inc. | Mercury-free zinc anode for electrochemical cell and method for making same |
| CN101026234A (zh) * | 2007-02-12 | 2007-08-29 | 范正刚 | 锌镍电池负极片 |
| CA2879430C (en) * | 2012-07-19 | 2023-06-13 | Vector Corrosion Technologies Ltd. | Corrosion protection using a sacrificial anode |
| CN114864950A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-05 | 山东合泰新能源有限公司 | 一种电极集流体及其制备方法和锌镍电池 |
-
1988
- 1988-06-17 JP JP63150551A patent/JP2589150B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01319261A (ja) | 1989-12-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |