JP2762730B2 - ニッケル―カドミウム蓄電池 - Google Patents
ニッケル―カドミウム蓄電池Info
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- JP2762730B2 JP2762730B2 JP2242919A JP24291990A JP2762730B2 JP 2762730 B2 JP2762730 B2 JP 2762730B2 JP 2242919 A JP2242919 A JP 2242919A JP 24291990 A JP24291990 A JP 24291990A JP 2762730 B2 JP2762730 B2 JP 2762730B2
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- cadmium
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- negative electrode
- yttrium
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- 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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- Secondary Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、密閉型ニッケル−カドミウム蓄電池に関す
るものであり、特にそのアルカリ電解液の改良に関する
ものである。
るものであり、特にそのアルカリ電解液の改良に関する
ものである。
従来の技術 ニッケル−カドミウム蓄電池は、水酸化ニッケルを主
活物質とする正極と、水酸化カドミウムを主活物質とす
る負極と、前記正，負極を分離するセパレータと、電解
液としての水酸化カリウム，水酸化ナトリウム，水酸化
リチウム等のアルカリ水溶液とから構成されている。
活物質とする正極と、水酸化カドミウムを主活物質とす
る負極と、前記正，負極を分離するセパレータと、電解
液としての水酸化カリウム，水酸化ナトリウム，水酸化
リチウム等のアルカリ水溶液とから構成されている。
前記カドミウム負極としては、ニッケル焼結基板に活
物質を充填した焼結式カドミウム負極、活物質を結着剤
と共に練合し、導電性支持体の両側に塗布したペースト
式負極などがある。ペースト式負極は、製造工程が簡単
であり、製造コストが安く、かつ高エネルギー密度が得
られるという点で、広く採用されている。
物質を充填した焼結式カドミウム負極、活物質を結着剤
と共に練合し、導電性支持体の両側に塗布したペースト
式負極などがある。ペースト式負極は、製造工程が簡単
であり、製造コストが安く、かつ高エネルギー密度が得
られるという点で、広く採用されている。
発明が解決しようとする課題 しかし、ペースト式カドミウム負極は、焼結式カドミ
ウム負極に比べ高エネルギー密度が得られる反面、電子
伝導性に劣るため、活物質の利用率が低いことや、充放
電の繰り返し特性（以下サイクル特性と称す）が低いと
いう欠点を有していた。
ウム負極に比べ高エネルギー密度が得られる反面、電子
伝導性に劣るため、活物質の利用率が低いことや、充放
電の繰り返し特性（以下サイクル特性と称す）が低いと
いう欠点を有していた。
以上の問題を解決する手段として、特開昭62−211862
号公報では、負極活物質中に酸化イットリウム粉末を添
加する方法が提案されている。しかしこの方法では、粉
末粒子がカドミウム活物質粒子の間に介在するため、カ
ドミウム活物質同士の電気的接触が不十分になりやす
く、カドミウム活物質の利用率やサイクル特性に対し効
果が不十分であるという欠点を有していた。
号公報では、負極活物質中に酸化イットリウム粉末を添
加する方法が提案されている。しかしこの方法では、粉
末粒子がカドミウム活物質粒子の間に介在するため、カ
ドミウム活物質同士の電気的接触が不十分になりやす
く、カドミウム活物質の利用率やサイクル特性に対し効
果が不十分であるという欠点を有していた。
本発明は、以上の問題を解決し、負極活物質の利用率
を向上させ、かつサイクル特性を確保した高性能のアル
カリ蓄電池を得ることを目的とする。
を向上させ、かつサイクル特性を確保した高性能のアル
カリ蓄電池を得ることを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、水酸化ニッケルを主活物質とする正極と、
水酸化カドミウムを主活物質とする負極と、アルカリ電
解液と、セパレータとからなる密閉型アルカリ蓄電池で
あって、前記アルカリ電解液にイットリウム酸イオンを
含むことを特徴とするものである。
水酸化カドミウムを主活物質とする負極と、アルカリ電
解液と、セパレータとからなる密閉型アルカリ蓄電池で
あって、前記アルカリ電解液にイットリウム酸イオンを
含むことを特徴とするものである。
作用 カドミウム負極において、イットリウム化合物がカド
ミウム活物質の利用率、サイクル特性の向上にどのよう
な作用をしているかは、今のところ充分には明確になっ
ていない。しかし、充放電後のカドミウム活物質の走査
型電子顕微鏡での観察の比較から活物質の凝集粗大化を
防止しているものと考えられる。カドミウム負極の充放
電反応は、カドミウム酸イオンを介した溶解析出反応で
ある。放電時には、アノーディックな反応で金属カドミ
ウムが酸化カドミウムの薄膜を形成し、この酸化カドミ
ウムがカドミウム酸イオンとして溶解後、再び水酸化カ
ドミウムとして析出する。カドミウム酸イオンの析出反
応の際、イットリウム酸イオンが析出面上に存在するこ
とによって、より多孔質の水酸化カドミウム層が析出
し、カドミウム活物質の反応面の被覆を防ぎ、スムーズ
な放電反応を可能にする。これにより、カドミウム表面
では充放電サイクルによる不働態被膜の形成が起こりに
くくなり、活物質の凝集粗大化を抑制できるものと考え
られる。この効果を活物質表面に均一に与えるには、イ
ットリウムは電解液中にイオンとして存在する必要があ
る。
ミウム活物質の利用率、サイクル特性の向上にどのよう
な作用をしているかは、今のところ充分には明確になっ
ていない。しかし、充放電後のカドミウム活物質の走査
型電子顕微鏡での観察の比較から活物質の凝集粗大化を
防止しているものと考えられる。カドミウム負極の充放
電反応は、カドミウム酸イオンを介した溶解析出反応で
ある。放電時には、アノーディックな反応で金属カドミ
ウムが酸化カドミウムの薄膜を形成し、この酸化カドミ
ウムがカドミウム酸イオンとして溶解後、再び水酸化カ
ドミウムとして析出する。カドミウム酸イオンの析出反
応の際、イットリウム酸イオンが析出面上に存在するこ
とによって、より多孔質の水酸化カドミウム層が析出
し、カドミウム活物質の反応面の被覆を防ぎ、スムーズ
な放電反応を可能にする。これにより、カドミウム表面
では充放電サイクルによる不働態被膜の形成が起こりに
くくなり、活物質の凝集粗大化を抑制できるものと考え
られる。この効果を活物質表面に均一に与えるには、イ
ットリウムは電解液中にイオンとして存在する必要があ
る。
負極活物質中に酸化イットリウム粉末を添加した場
合、その分布は不均一であり、カドミウム活物質表面全
体にイットリウム酸イオンを存在させることはできず、
充分な効果は得られない。また、粉末粒子がカドミウム
活物質の粒子間に介在するためカドミウム活物質同士の
電気的接触を不十分にし、放電特性の構造を妨げる原因
となる。
合、その分布は不均一であり、カドミウム活物質表面全
体にイットリウム酸イオンを存在させることはできず、
充分な効果は得られない。また、粉末粒子がカドミウム
活物質の粒子間に介在するためカドミウム活物質同士の
電気的接触を不十分にし、放電特性の構造を妨げる原因
となる。
本発明ではイットリウム酸イオンをあらかじめ電解液
中に存在させ、カドミウム活物質表面に均一に存在させ
ることにより、カドミウム活物質の凝集粗大化を防ぎ、
カドミウム活物質の利用率、およびサイクル特性の向上
に大きな効果を得ることができる。
中に存在させ、カドミウム活物質表面に均一に存在させ
ることにより、カドミウム活物質の凝集粗大化を防ぎ、
カドミウム活物質の利用率、およびサイクル特性の向上
に大きな効果を得ることができる。
実施例 以下、本発明の実施例を詳述する。
周知の方法で得た、焼結式ニッケル正極とペースト式
負極とをポリアミド製セパレータを介して構成し、電池
ケース内に挿入した。ここで、酸化イットリウムはアル
カリ水溶液に対する溶解度が低いため、過剰の酸化イッ
トリウムを水酸化カドミウム水溶液に添加し、イットリ
ウム酸イオンを飽和させたアルカリ水溶液の上澄み液を
アルカリ電解液として注液し、密閉してセル（Ａ）を得
た。比較例として、酸化カドミウム粉末100重量部に対
し、酸化イットリウム粉末１重量部を混合添加し、後は
周知の方法で作製したペースト式負極と、イットリウム
を含まない電解液を用いた電池（Ｂ）、別の比較例とし
て負極、電解液共にイットリウムを含まない電池（Ｃ）
を作製した。
負極とをポリアミド製セパレータを介して構成し、電池
ケース内に挿入した。ここで、酸化イットリウムはアル
カリ水溶液に対する溶解度が低いため、過剰の酸化イッ
トリウムを水酸化カドミウム水溶液に添加し、イットリ
ウム酸イオンを飽和させたアルカリ水溶液の上澄み液を
アルカリ電解液として注液し、密閉してセル（Ａ）を得
た。比較例として、酸化カドミウム粉末100重量部に対
し、酸化イットリウム粉末１重量部を混合添加し、後は
周知の方法で作製したペースト式負極と、イットリウム
を含まない電解液を用いた電池（Ｂ）、別の比較例とし
て負極、電解液共にイットリウムを含まない電池（Ｃ）
を作製した。
前記各電池についてサイクル寿命特性試験と放電率特
性試験を行った。サイクル寿命特性は20℃で1/3C相当の
電流で、4.5時間充電した後、1C相当の電流で完全放電
を行なうサイクルを繰り返し、サイクルによる容量変化
を評価した。
性試験を行った。サイクル寿命特性は20℃で1/3C相当の
電流で、4.5時間充電した後、1C相当の電流で完全放電
を行なうサイクルを繰り返し、サイクルによる容量変化
を評価した。
放電率特性は電池を20℃で0.1C相当の電流で15時間充
電し、１〜5C相当の電流で放電したときの放電容量と、
0.2C相当の電流で放電したときの放電容量との比率を評
価した。
電し、１〜5C相当の電流で放電したときの放電容量と、
0.2C相当の電流で放電したときの放電容量との比率を評
価した。
第１図は、１サイクル目の容量を100とした場合の容
量維持率と、充放電サイクル数との関係を示す。Ａは、
あらかじめ電解液中にイットリウム酸イオンを飽和させ
た電池、Ｂは酸化イットリウム粉末を含む負極を用いて
構成した電池、Ｃは負極、電解液共にイットリウムを含
まない電池の特性を示す。この結果から明らかなよう
に、本発明のイットリウム酸イオン飽和電解液を用いた
電池（Ａ）は、比較例である負極中に酸化イットリウム
粉末を添加した電池（Ｂ）、負極、電解液共にイットリ
ウムを含まない電池（Ｃ）に比べ、大幅にサイクル特性
が向上している。
量維持率と、充放電サイクル数との関係を示す。Ａは、
あらかじめ電解液中にイットリウム酸イオンを飽和させ
た電池、Ｂは酸化イットリウム粉末を含む負極を用いて
構成した電池、Ｃは負極、電解液共にイットリウムを含
まない電池の特性を示す。この結果から明らかなよう
に、本発明のイットリウム酸イオン飽和電解液を用いた
電池（Ａ）は、比較例である負極中に酸化イットリウム
粉末を添加した電池（Ｂ）、負極、電解液共にイットリ
ウムを含まない電池（Ｃ）に比べ、大幅にサイクル特性
が向上している。
第２図は、放電容量比率と放電レートとの関係を示
す。図から明らかなように本発明の電池Ａは比較例のB,
Cの電池に比べて放電率特性が向上している。
す。図から明らかなように本発明の電池Ａは比較例のB,
Cの電池に比べて放電率特性が向上している。
一般に放電率特性は、予備充電量としての金属カドミ
ウム量の増加と共に向上するが、予備充電量が同一の場
合の特性差は、充放電の電気化学反応に寄与するカドミ
ウム活物質の割合、すなわち利用率の差によるものと考
えられる。
ウム量の増加と共に向上するが、予備充電量が同一の場
合の特性差は、充放電の電気化学反応に寄与するカドミ
ウム活物質の割合、すなわち利用率の差によるものと考
えられる。
本発明では、電解液中にあらかじめイットリウム酸イ
オンを存在させておくため、負極に酸化イットリウム粉
末を添加した場合のようにカドミウム活物質間の電気的
接触を妨げることはない。
オンを存在させておくため、負極に酸化イットリウム粉
末を添加した場合のようにカドミウム活物質間の電気的
接触を妨げることはない。
またイットリウム酸イオンがカドミウム活物質表面に
均一に存在するため、負極に酸化イットリウム粉末を添
加した場合に比べ、カドミウム活物質の凝集粗大化の抑
制により大きな効果があり、活物質の利用率が向上し、
放電率特性およびサイクル特性が向上したものと考えら
れる。なお、実施例では酸化イットリウムを電解液中に
飽和させたものを用いた。飽和量は温度、電解液濃度に
よって異なるが、その飽和量の約1/4以上の酸化イット
リウムを溶解させた電解液であれば、同等の効果を得る
ことができる。また、他のイットリウム化合物を用いて
も同様の効果が得られる。本実施例では密閉型について
示したが、開放型電池でも同様の効果が得られる。
均一に存在するため、負極に酸化イットリウム粉末を添
加した場合に比べ、カドミウム活物質の凝集粗大化の抑
制により大きな効果があり、活物質の利用率が向上し、
放電率特性およびサイクル特性が向上したものと考えら
れる。なお、実施例では酸化イットリウムを電解液中に
飽和させたものを用いた。飽和量は温度、電解液濃度に
よって異なるが、その飽和量の約1/4以上の酸化イット
リウムを溶解させた電解液であれば、同等の効果を得る
ことができる。また、他のイットリウム化合物を用いて
も同様の効果が得られる。本実施例では密閉型について
示したが、開放型電池でも同様の効果が得られる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、負極カドミウム活物質
の利用率を向上することができ、放電率特性，サイクル
寿命特性の優れたアルカリ蓄電池を得ることができる。
の利用率を向上することができ、放電率特性，サイクル
寿命特性の優れたアルカリ蓄電池を得ることができる。
第１図は電池のサイクル寿命特性を示す図、第２図は放
電容量比率と放電レートとの関係を示す図である。 Ａ……本発明電池、B,C……比較電池。
電容量比率と放電レートとの関係を示す図である。 Ａ……本発明電池、B,C……比較電池。
Claims (1)
- 【請求項１】水酸化ニッケルを主活物質とする正極と、
水酸化カドミウムを主活物質とする負極と、アルカリ電
解液と、セパレータとからなるものであって、前記アル
カリ電解液がイットリウム酸イオンを含有することを特
徴とするニッケル−カドミウム蓄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2242919A JP2762730B2 (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | ニッケル―カドミウム蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2242919A JP2762730B2 (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | ニッケル―カドミウム蓄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04121975A JPH04121975A (ja) | 1992-04-22 |
| JP2762730B2 true JP2762730B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=17096165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2242919A Expired - Fee Related JP2762730B2 (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | ニッケル―カドミウム蓄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2762730B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-12 JP JP2242919A patent/JP2762730B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04121975A (ja) | 1992-04-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |