JP2854920B2 - ニッケル水素蓄電池 - Google Patents

ニッケル水素蓄電池

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和太 武野
浩孝 林田
一郎 猿渡
優治 佐藤
裕之 長谷部
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FDK Twicell Co Ltd
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Toshiba Battery Co Ltd
Toshiba Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はニッケル水素蓄電池に関する。
(従来の技術) 近年、蓄電池に対する高容量化の要求が高まってきて
いる。このような高容量化に対応可能な蓄電池として水
素吸蔵合金負極とニッケル正極とを具備したニッケル水
素蓄電池が提案されている。かかるニッケル水素蓄電池
は、高容量化が可能であるばかりでなく、負極の容量を
正極よりも大きくすることにより過充電時に正極で発生
する酸素を負極で吸収することができるため、代表的な
アルカリ蓄電池であるニッケルカドミウム蓄電池と同様
に密閉化が可能であるという利点も考えられる。
ところで、前記ニッケル水素蓄電池の水素吸蔵合金負
極の製造方法としては、発泡メタルなどの三次元構造の
金属多孔体に水素吸蔵合金粉末と結着剤とを混練したペ
ーストを充填・乾燥し、加圧操作を施す方法(特公昭57
−34678号);ニッケルネットなどの芯材の両面に水素
吸蔵合金粉末とポリテトラフルオロエチレン(PTEF)と
を均一に混合し同時にこのPTEFを繊維化したものを塗着
し、加圧する方法(特公昭61−66372号);パンチドメ
タルなどのネット状の集電体に、水素吸蔵合金粉末とPT
EF、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の高分子結
着剤と導電材とを混練したペーストを塗布・乾燥し、加
圧する方法などがある。これらの方法はいずれも結着剤
を使用した非焼結式のものである。
しかしながら、従来のニッケル水素蓄電池では、前述
した非焼結式水素吸蔵合金負極の電解液の吸液性がニッ
ケル正極と異なるため、両電極での電流分布が不均一と
なり、充放電サイクルの進行に伴なって電池内圧が急激
に上昇したり、放電容量が減少したりして充放電サイク
ル寿命が短くなるという問題があった。特に焼結式ニッ
ケル正極を使用した場合には、非焼結式水素吸蔵合金負
極の電解液の滲み込みが正極によりも極端に遅くなり、
初期充電時から非焼結式水素吸蔵合金負極の電流分布が
不均一となって水素吸蔵合金の一部にダメージを生じ、
充放電サイクル寿命がより短くなるという問題があっ
た。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は従来の問題点を解決するためになされたもの
で、充放電サイクル寿命が長いニッケル水素蓄電池を提
供しようとするものである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、非焼結式水素吸蔵合金負極と、非焼結式ニ
ッケル正極とを具備し、前記両極が共に結着剤としてカ
ルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸塩、及びポ
リテトラフルオロエチレンを含有することを特徴とする
ニッケル水素蓄電池である。
前記水素吸蔵合金負極は、水素吸蔵合金粉末に結着剤
としてカルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸
塩、及びポリテトラフルオロエチレンを配合し、必要に
応じて導電性粉末を配合した負極合剤を支持体(集電
体、導電性芯体)に被覆、固定した構造を有する。
前記水素吸蔵合金粉末としては、格別制限されるもの
ではなく、電解液中で電気化学的に発生させた水素を吸
蔵でき、かつ放電時にその吸蔵水素を容易に放出できる
ものであればよく、例えばLaNi5、MmNi5、LmNi5(Lm;ラ
ンタン富化したミッシュメタル)、及びこれらのNiの一
部をAl、Mn、Fe、Co、Ti、Cu、Zn、Zr、Cr、Bのような
元素で置換した多元素系のもの、又はTiNi系、TiFe系の
ものを挙げることができる。
前記負極合剤中に配合されるカルボキシメチルセルロ
ースの含有量は、水素吸蔵合金粉末100gに対して0.1〜2
g、より好ましくは0.1〜1gであるのが望ましい。同ポリ
アクリル酸塩の含有量は、水素吸蔵合金粉末100gに対し
て0.05〜1g、より好ましくは0.3〜0.8gであるのが望ま
しい。同ポリテトラフルオロエチレンの含有量は、水素
吸蔵合金粉末100gに対して0.5〜10g、より好ましくは0.
7〜3gであるのが望ましい。
前記負極合剤中に配合される導電性粉末としては、例
えばカーボンブラック、黒鉛などを挙げることができ
る。
前記支持体としては、例えばパンチドメタル、エキス
パンドメタル、金網等の二次元構造のもの、発泡メタ
ル、網状焼結金属繊維などの三次元構造のもの等を挙げ
ることができる。
前記非焼結式ニッケル酸化物正極は、水酸化ニッケル
などのニッケル酸化物に結着剤としてカルボキシメチル
セルロース、ポリアクリル酸塩、及びポリテトラフルオ
ロエチレンを配合し、必要に応じて一酸化コバルトなど
を配合したペーストを、例えば三次元構造の金属多元体
などに充填した構造を有する。前記ペースト中に配合さ
れるカルボキシメチルセルロースの含有量は、ニッケル
酸化物100gに対して0.05〜1g、より好ましくは0.2〜0.3
gであるのが望ましい。同ポリアクリル酸塩の含有量
は、ニッケル酸化物100gに対して0.05〜1g、より好まし
くは0.2〜0.3gであるのが望ましい。同ポリテトラフル
オロエチレンの含有量は、ニッケル酸化物100gに対して
0.5〜5g、より好ましくは1〜3gであるのが望ましい。
(作用) 本発明によれば、水素吸蔵合金負極とニッケル正極と
が共に特定の結着剤を含有し、かつ非焼結式のものであ
ることにより、両電極中の結着剤が同質の状態で存在し
て同様の作用を奏する。このため、両電極の電解液の吸
液性が等しくなって充放電時における両電極の電流分布
は均一になる。その結果、両電極で充放電反応が円滑に
行なわれ、充放電サイクルの進行による電池内圧の急激
な上昇や放電容量の減少が抑制される。従って、充放電
サイクル寿命が十分に長いニッケル水素蓄電池が得られ
る。
(実施例) 以下、本発明のニッケル水素蓄電池を実施例におい
て、さらに具体的に説明する。
実施例1 まず、LmNi4.2Co0.2Mn0.3Al0.3(Lm;La富化ミッシュ
メタル)で示される組成の水素吸蔵合金100gに、導電剤
としてカーボンブラック1g、結着剤としてCMC0.125g、
ポリアクリル酸ナトリウム0.5g、及びディスパージョン
タイプのPTFE1.7ml、並びに水を加え、これを混合して
ペーストを調製した。このペーストを支持体であるパン
チドメタルに塗布し、乾燥後にプレスして非焼結式水素
吸蔵合金負極を作製した。
一方、水酸化ニッケル100gに、一酸化コバルト10g、
高分子結着剤としてCMC0.25g、ポリアクリル酸ナトリウ
ム0.25g、及びPTFE1.5g、並びに水を加え、これを混合
してペーストを調製した。このペーストを三次元体構造
の金属多元体に充填し、乾燥後にプレスして非焼結式ニ
ッケル酸化物正極を作製した。
前記非焼結式水素吸蔵合金負極と前記非焼結式ニッケ
ル酸化物正極とを用いて、第1図に示すような公称容量
900mAhのニッケル水素蓄電池を組立てた。即ち、非焼結
式水素吸蔵合金負極1と非焼結式ニッケル酸化物正極2
との間にセパレータ3を介して捲回し、これを収納した
AAサイズの電池缶4には8規定の水酸化カリウム水溶液
が電解液として注液されている。前記非焼結式ニッケル
酸化物正極2から導出された正極リード5は正極端子6
に溶接され、前記正極端子6の上部側の鍔部は封口板7
にリング状スペーサ8を介して溶接され、前記電池缶4
の開口部は前記封口板7の周縁部を絶縁ガスケット9を
介して気密に固定することにより封口されている。
比較例1 高分子結着剤としてポリビニルアルコール(PVA)、C
MC、及びディスパージョンタイプのPTFEを用いて非焼結
式水素吸蔵合金負極を作製した以外、実施例1と同様な
公称容量900mAhのニッケル水素蓄電池を組立てた。
比較例2 実施例1の非焼結式ニッケル酸化物正極に代えて焼結
式ニッケル酸化物正極を用いた以外、実施例1と同様な
公称容量900mAhのニッケル水素蓄電池を組立てた。
比較例3 水素吸蔵合金粉末とテフロン粒子とを混練してシート
化し、これを集電体であるネットに加圧して非焼結式水
素吸蔵合金負極を作製した以外、実施例1と同様な公称
容量900mAhのニッケル水素蓄電池を組立てた。
実施例1及び比較例1〜3の蓄電池について、それぞ
れ300mAの電流で4.5時間充電し、900mAの電流で電池電
圧が1Vになるまで放電する充放電サイクルを繰り返し、
初期放電容量に対する各サイクルにおける放電容量の割
合を蓄電池の効率として測定する充放電サイクル試験を
行なった。その結果を第2図に示す。
第2図より明らかなように、実施例1の蓄電池は比較
例1〜3の蓄電池と比べて、サイクル寿命が長いのがわ
かる。この原因は、実施例1の蓄電池は両電極が共に結
着剤としてCMC、ポリアクリル酸ナトリウム、及びPTFE
を使用し、かつ非焼結式の電極であるため、両電極の電
解液の吸液速度が同程度となって保液バランスが良好と
なり、電極表面での部分的な反応を起すことなく均一な
反応がなされたことによる。
[発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によれば充放電サイクル寿
命が長いニッケル水素蓄電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1のニッケル水素蓄電池を示す断面図、
第2図はサイクル特性試験における実施例1及び比較例
1〜3のニッケル水素蓄電池の充放電サイクル数に対す
る効率の変化を示す特性図である。 1……非焼結式水素吸蔵合金負極、2……非焼結式ニッ
ケル正極、3……セパレータ、4……電池缶、5……正
極リード、6……正極端子、7……封口板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林田 浩孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 猿渡 一郎 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東 芝電池株式会社内 (72)発明者 佐藤 優治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 長谷部 裕之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−21864(JP,A) 特開 昭62−117274(JP,A) 特公 昭36−23419(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 4/24,4/32,4/62,10/24 - 10 /30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非焼結式水素吸蔵合金負極と非焼結式ニッ
    ケル正極とを具備し、前記両極が共に結着剤としてカル
    ボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸塩、及びポリ
    テトラフルオロエチレンを含有することを特徴とするニ
    ッケル水素蓄電池。
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