JP2808679B2 - 水素吸蔵合金負極を用いた密閉形アルカリ蓄電池の化成法 - Google Patents
水素吸蔵合金負極を用いた密閉形アルカリ蓄電池の化成法Info
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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
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は密閉形アルカリ蓄電池、とくに水素吸蔵合金
を負極に用いる電池の化成法の改良に関するものであ
る。
を負極に用いる電池の化成法の改良に関するものであ
る。
従来の技術 高信頼性を有している理由から、近年Ni−Cd電池に代
表される密閉形アルカリ蓄電池は、各種のポータブル機
器用電源として普及が著しい。同時に機器側からさらに
高エネルギー密度を有し小型軽量化が期待される二次電
池の開発が強く要望されるに至っている。このため、現
状のカドミウム負極よりはるかに大きいエネルギー密度
を有すると考えられる水素吸蔵合金を用いた水素を活物
質とする負極（以下、これを合金負極と略称する）を使
用する金属酸化物・水素蓄電池が注目され、とくにこの
新電池系を代表するニッケル・水素蓄電池に関し多くの
提案がなされてきた。
表される密閉形アルカリ蓄電池は、各種のポータブル機
器用電源として普及が著しい。同時に機器側からさらに
高エネルギー密度を有し小型軽量化が期待される二次電
池の開発が強く要望されるに至っている。このため、現
状のカドミウム負極よりはるかに大きいエネルギー密度
を有すると考えられる水素吸蔵合金を用いた水素を活物
質とする負極（以下、これを合金負極と略称する）を使
用する金属酸化物・水素蓄電池が注目され、とくにこの
新電池系を代表するニッケル・水素蓄電池に関し多くの
提案がなされてきた。
従来のNi−Cd電池に比べて、このニッケル・水素蓄電
池は、高エネルギー密度、つまり高容量ではあり得る
が、充放電特性などのすべてに亘り遜色ない特性を示す
までには至っていない。とくに、短時間充電に関する特
性においては、近年無制御１時間充電が可能なNi−Cd電
池に対し、ニッケル・水素蓄電池は、高容量の由に充電
電流を高める必要もあって、無制御の１時間充電は困難
な技術の一つである。この場合は、当然他の電池特性、
例えば放電特性、寿命特性などを著しく損なうことのな
い電池構成を採用する条件下での問題である。この無制
御の急速充電を達成するには、過充電状態における電池
内の酸素ガスや水素ガスを合成負極が還元したり吸収す
る能力を高める必要がある。このための従来技術として
以下のような提案がなされてきた。
池は、高エネルギー密度、つまり高容量ではあり得る
が、充放電特性などのすべてに亘り遜色ない特性を示す
までには至っていない。とくに、短時間充電に関する特
性においては、近年無制御１時間充電が可能なNi−Cd電
池に対し、ニッケル・水素蓄電池は、高容量の由に充電
電流を高める必要もあって、無制御の１時間充電は困難
な技術の一つである。この場合は、当然他の電池特性、
例えば放電特性、寿命特性などを著しく損なうことのな
い電池構成を採用する条件下での問題である。この無制
御の急速充電を達成するには、過充電状態における電池
内の酸素ガスや水素ガスを合成負極が還元したり吸収す
る能力を高める必要がある。このための従来技術として
以下のような提案がなされてきた。
（１） 正負極の電極面積を広げて、有効反応面積を増
大させる。
大させる。
（２） 合金負極に撥水性を付与して、合金が電解液に
より被覆されることを防止し、前記した酸素ガスや水素
ガスを合金に接触しやすくする。
より被覆されることを防止し、前記した酸素ガスや水素
ガスを合金に接触しやすくする。
（３） 触媒、とくに気相触媒を用いて電池内の酸素ガ
スと水素ガスを反応させて水にもどす。
スと水素ガスを反応させて水にもどす。
発明が解決しようとする課題 上記１の方法は、有効な手段であるが、正・負極とも
薄型化する必要があって製法が煩雑になると共にセパレ
ータの面積も増大することから電極反応物質の占める体
積が減少して容量低下をきたすため、適切な電極面積と
しての限界がある。上記２の方法を有効な手段である
が、撥水部の分布を常に均一に保つことが困難なため、
バラツキが生じやすい。上記３の方法も有効な手段であ
るが、現状では触媒の耐久性が充分でない上に、白金族
金属を使用する場合などはコストの増大につながる。
薄型化する必要があって製法が煩雑になると共にセパレ
ータの面積も増大することから電極反応物質の占める体
積が減少して容量低下をきたすため、適切な電極面積と
しての限界がある。上記２の方法を有効な手段である
が、撥水部の分布を常に均一に保つことが困難なため、
バラツキが生じやすい。上記３の方法も有効な手段であ
るが、現状では触媒の耐久性が充分でない上に、白金族
金属を使用する場合などはコストの増大につながる。
本発明は、上記のような課題を解消し、簡単な方法で
合金負極を活性にし、無制御での急速充電が可能な水素
吸蔵合金を用いた密閉形アルカリ蓄電池を提供するもの
である。
合金負極を活性にし、無制御での急速充電が可能な水素
吸蔵合金を用いた密閉形アルカリ蓄電池を提供するもの
である。
課題を解決するための手段 この課題を解決するための本発明は、充電受入れ性の
良い状態である低温雰囲気下において正・負極とも深く
完全に充電することにより、負極に用いる水素吸蔵合金
を活性にし、さらに急速充電特性を向上させるものであ
る。
良い状態である低温雰囲気下において正・負極とも深く
完全に充電することにより、負極に用いる水素吸蔵合金
を活性にし、さらに急速充電特性を向上させるものであ
る。
作用 一般にニッケル正極は低温雰囲気下で充電すれば、充
電効率が向上して深く充電されることがよく知られてい
る。また、Ni−Cd電池などのアルカリ蓄電池の密閉化に
は、正極の容量よりも負極の容量を大きくして過充電時
に正極から発生する酸素ガスを負極が消費する原理を採
用しているが、水素吸蔵合金を負極に用いるアルカリ蓄
電池も原則として上記原理を採用して密閉化する方法が
好ましい。ところが、水素吸蔵合金を負極に用いた密閉
形アルカリ蓄電池は、充電電流密度を高めるほど合金自
信から水素ガスが発生しやすくなると同時に、正極で発
生する酸素ガスを合金内の水素で還元する（水を生成す
る）速度が追いつかなくなることにより電池内圧が急速
に上昇し、安全弁からガスが飛散する結果、充放電特性
の劣化を促進するに至る。
電効率が向上して深く充電されることがよく知られてい
る。また、Ni−Cd電池などのアルカリ蓄電池の密閉化に
は、正極の容量よりも負極の容量を大きくして過充電時
に正極から発生する酸素ガスを負極が消費する原理を採
用しているが、水素吸蔵合金を負極に用いるアルカリ蓄
電池も原則として上記原理を採用して密閉化する方法が
好ましい。ところが、水素吸蔵合金を負極に用いた密閉
形アルカリ蓄電池は、充電電流密度を高めるほど合金自
信から水素ガスが発生しやすくなると同時に、正極で発
生する酸素ガスを合金内の水素で還元する（水を生成す
る）速度が追いつかなくなることにより電池内圧が急速
に上昇し、安全弁からガスが飛散する結果、充放電特性
の劣化を促進するに至る。
ところが、この水素ガスの発生の抑制と酸素ガスの還
元能力は、少なくとも一度水素の吸蔵・放出を経た状態
の水素吸蔵合金では極めて優えた活性状態になることが
見出された。この現象を、密閉形蓄電池においても再現
するためには、前記したように低温雰囲気下で電池を充
電することで、通常使用されるよりニッケル正極が深く
充電されるのに対応して合金負極も深く充電させること
により可能となる。具体的に説明すると、例えば一度０
℃の低温雰囲気下で完全充電を施した電池は、通常の20
〜25℃で完全充電するときよりも深く水素を吸蔵した経
過を経ているため合金負極が活性な状態になっていて水
素ガス発生の抑制と酸素ガスの還元に優れる。したがっ
て、実使用に先だって、このような電池状態にすること
で、充電電流密度を高めても、従来より電池内圧の上昇
を防止できるので急速充電に極めて有効な手段となる。
元能力は、少なくとも一度水素の吸蔵・放出を経た状態
の水素吸蔵合金では極めて優えた活性状態になることが
見出された。この現象を、密閉形蓄電池においても再現
するためには、前記したように低温雰囲気下で電池を充
電することで、通常使用されるよりニッケル正極が深く
充電されるのに対応して合金負極も深く充電させること
により可能となる。具体的に説明すると、例えば一度０
℃の低温雰囲気下で完全充電を施した電池は、通常の20
〜25℃で完全充電するときよりも深く水素を吸蔵した経
過を経ているため合金負極が活性な状態になっていて水
素ガス発生の抑制と酸素ガスの還元に優れる。したがっ
て、実使用に先だって、このような電池状態にすること
で、充電電流密度を高めても、従来より電池内圧の上昇
を防止できるので急速充電に極めて有効な手段となる。
実施例 以下本発明の実施例を第１図および第２図を用いて説
明する。
明する。
ミッシュメタル（セリウム約50wt％、ランタン約30wt
％およびネオジウム約10wt％を主成分とする希土類金属
の混合物）、ニッケル，コバルト，マンガンおよびアル
ミニウムを原子比でそれぞれ1:3.7:0.6:0.4:0.3の組成
の水素吸蔵合金塊を粉砕し、平均粒径約15μｍの粉末を
得る。ついでこの粉末をスポンジ状ニッケル多孔体（厚
さ1.0mm、多孔度94％、平均球状空間径400μｍ）内に充
填したのち加圧し、ついで切断を施して厚さ約0.5mm、
幅39mm、長さ80mmの合金負極板１を得た。つぎにこの負
極の表面にフッ素樹脂粉末を塗布し、軽く加圧して固着
させた。この合金負極板１と汎用の発泡メタル式ニッケ
ル正極板（理論容量1100mAh、厚さ0.8mm、幅39mm、長さ
65mm）２とをセパレータ３を介して捲回し、上下の絶縁
板5,6とともに円筒状の金属ケース４内に挿入したの
ち、比重1.30のKOH約2ccを注液し、安全弁７、正極端子
９を備えた封口板８で封口して第１図に示すAAサイズの
ニッケル・水素蓄電池を作製した。つぎにこの電池を０
℃の雰囲気下で、電流値200mAで7.5時間、つまり150％
の深度まで充電し、ついで室温25℃で500mAで放電し、
所望の容量を有することを確認した。
％およびネオジウム約10wt％を主成分とする希土類金属
の混合物）、ニッケル，コバルト，マンガンおよびアル
ミニウムを原子比でそれぞれ1:3.7:0.6:0.4:0.3の組成
の水素吸蔵合金塊を粉砕し、平均粒径約15μｍの粉末を
得る。ついでこの粉末をスポンジ状ニッケル多孔体（厚
さ1.0mm、多孔度94％、平均球状空間径400μｍ）内に充
填したのち加圧し、ついで切断を施して厚さ約0.5mm、
幅39mm、長さ80mmの合金負極板１を得た。つぎにこの負
極の表面にフッ素樹脂粉末を塗布し、軽く加圧して固着
させた。この合金負極板１と汎用の発泡メタル式ニッケ
ル正極板（理論容量1100mAh、厚さ0.8mm、幅39mm、長さ
65mm）２とをセパレータ３を介して捲回し、上下の絶縁
板5,6とともに円筒状の金属ケース４内に挿入したの
ち、比重1.30のKOH約2ccを注液し、安全弁７、正極端子
９を備えた封口板８で封口して第１図に示すAAサイズの
ニッケル・水素蓄電池を作製した。つぎにこの電池を０
℃の雰囲気下で、電流値200mAで7.5時間、つまり150％
の深度まで充電し、ついで室温25℃で500mAで放電し、
所望の容量を有することを確認した。
この電池を25℃の雰囲気下で1CmAで２時間（200％）
充電すると、ほぼ内圧の上昇が止まり一定の値を示した
が、その圧力は約6kg/cm2に留まり、汎用の安全弁の作
動圧である10kg/cm2を下回り、ガス又は電解液の放出が
なかった。第２図に、他の雰囲気温度において同電流で
充電する操作を経過した電池を25℃1CmAで200％充電し
たときの内圧を示す。これからも明らかなように、充電
雰囲気温度が15℃以下になるとその後の25℃1CmAでの電
池内圧が低下する傾向が認められ、０℃以下でも最も良
好な結果を示した。充電深度に関しては120％以上で同
様な傾向が認められ始め、充電深度が深くなる程内圧低
減に効果がみられた。すなわち、本発明による充電を15
℃以下で120％以上施すと、室温（25℃）における1C充
電時の電池内圧低減に著しい効果を示す。
充電すると、ほぼ内圧の上昇が止まり一定の値を示した
が、その圧力は約6kg/cm2に留まり、汎用の安全弁の作
動圧である10kg/cm2を下回り、ガス又は電解液の放出が
なかった。第２図に、他の雰囲気温度において同電流で
充電する操作を経過した電池を25℃1CmAで200％充電し
たときの内圧を示す。これからも明らかなように、充電
雰囲気温度が15℃以下になるとその後の25℃1CmAでの電
池内圧が低下する傾向が認められ、０℃以下でも最も良
好な結果を示した。充電深度に関しては120％以上で同
様な傾向が認められ始め、充電深度が深くなる程内圧低
減に効果がみられた。すなわち、本発明による充電を15
℃以下で120％以上施すと、室温（25℃）における1C充
電時の電池内圧低減に著しい効果を示す。
発明の効果 このように水素吸蔵合金負極を用いたニッケル・水素
蓄電池における急速（1CmA）充電特性は、電池の構成後
に低温雰囲気下で少なくとも一度完全充電を施すだけの
簡単な操作により大きく改善され、工業的価値が大き
い。なお、一般に金属酸化物正極は低温で過大充電され
る傾向があるため、ニッケル酸化物を用いるニッケル・
水素蓄電池に限らずMnO2などの金属酸化物・水素蓄電池
にも本発明による急速充電特性の改善方法は効果を有す
る。
蓄電池における急速（1CmA）充電特性は、電池の構成後
に低温雰囲気下で少なくとも一度完全充電を施すだけの
簡単な操作により大きく改善され、工業的価値が大き
い。なお、一般に金属酸化物正極は低温で過大充電され
る傾向があるため、ニッケル酸化物を用いるニッケル・
水素蓄電池に限らずMnO2などの金属酸化物・水素蓄電池
にも本発明による急速充電特性の改善方法は効果を有す
る。
第１図は本発明の実施例で対象としたニッケル・水素蓄
電池の構造を示す図、第２図は本発明の化成法による充
電時の電池内圧上昇の抑制を示す特性図である。
電池の構造を示す図、第２図は本発明の化成法による充
電時の電池内圧上昇の抑制を示す特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 康子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−102861（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−161674（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 10/24 - 10/34 H01M 4/26 H01M 10/44
Claims (3)
- 【請求項１】水素を電気化学的に吸蔵・放出する水素吸
蔵合金を主構成材料とする負極、金属酸化物を主構成材
料とする正極、セパレータおよびアルカリ電解液とから
成る発電要素をケース内に収納し封口した密閉形アルカ
リ蓄電池であって、その充放電操作における充電は、雰
囲気温度−20〜15℃の範囲内で完全充電を一回以上施し
たことを特徴とする水素吸蔵合金を用いた密閉形アルカ
リ蓄電池の化成法。 - 【請求項２】雰囲気温度−20〜15℃の範囲内で電池容量
の120％以上の充電を一回以上施したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の水素吸蔵合金を用いた密閉
形アルカリ蓄電池の化成法。 - 【請求項３】温度15℃以下の冷風を電池に吹きつけなが
ら電池容量の120％以上の充電を一回以上施したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の水素吸蔵合金負
極を用いた密閉形アルカリ蓄電池の化成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1157805A JP2808679B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 水素吸蔵合金負極を用いた密閉形アルカリ蓄電池の化成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1157805A JP2808679B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 水素吸蔵合金負極を用いた密閉形アルカリ蓄電池の化成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0322365A JPH0322365A (ja) | 1991-01-30 |
| JP2808679B2 true JP2808679B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=15657675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1157805A Expired - Fee Related JP2808679B2 (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 水素吸蔵合金負極を用いた密閉形アルカリ蓄電池の化成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2808679B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5429888A (en) * | 1994-01-14 | 1995-07-04 | Space Systems/Loral, Inc. | Battery recharging technique |
| CN1076889C (zh) | 1994-08-09 | 2001-12-26 | 日本电池株式会社 | 制备镍－氢电池的方法 |
| US5939864A (en) * | 1998-10-28 | 1999-08-17 | Space Systems/Loral, Inc. | Lithium-ion battery charge control method |
-
1989
- 1989-06-20 JP JP1157805A patent/JP2808679B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0322365A (ja) | 1991-01-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |