JP2923946B2 - Sealed alkaline secondary battery and method of manufacturing the same - Google Patents

Sealed alkaline secondary battery and method of manufacturing the same

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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、ニッケルとコバルトに対するコバルトの含
有率が15〜85wt%の水酸化物を活物質の主体とする正極
板と、水酸化カドミウムおよび金属カドミウムを活物質
の主体とする負極板とからなるアルカリ電池とその製造
方法に関するものである。 従来の技術 現在、一時電池の正極活物質には、二酸化マンガンや
酸化銀等が、二次電池の正極活物質には二酸化鉛や水酸
化ニッケル等が使用されている。これらの活物質はそれ
ぞれ用途に応じて選択されている。 近年、電子機器の小型化、軽量化にともなって新しい
高性能一次電池や二次電池の出現が期待されている。最
近、正極活物質としてニッケルとコバルトに対するコバ
ルトの含有率が30wt%以上の水酸化ニッケルを主体とす
る活物質を用いた正極と亜鉛やカドミウムよりなる負極
板とで構成したアルカリ電池が開発され、従来の水酸化
ニッケル正極板を用いた電池に比して、Ah効率がほぼ10
0%と極めて高く、放電や充電時にその開路電圧で電池
の容量を容易に知ることができることが見出された(特
許公開公報 昭60−163382)。このような新しい機能を
有した電池の高性能化がさらに期待されている。 発明が解決しようとする問題点 正極活物質として、ニッケルとコバルトに対するコバ
ルト含有率が30wt%以上の水酸化物を主体とした正極板
を用いたアルカリ電池例えばニッケル(コバルト)−カ
ドミウム電池は充放電に伴う電圧変化によって充電電気
量や放電電気量あるいは残存容量を容易に知ることがで
きるという選れた特徴のあることがわかってきた。特に
充電電圧の変化の大きいことから、その電圧上昇を検出
して充電を制御する方法も、従来のニッケル・カドミウ
ム電池に比して容易であることがわかってきている(特
許公開公報昭60−115161)が、さらに充電制御が容易な
電池が望まれている。 現在ニッケル・カドミウム電池の正極板には通常コバ
ルト含有量が2〜10wt%の活物質が用いられている。一
方負極板としては、多孔度が80%程度の焼結式ニッケル
基板やニッケルメッキした穿孔鋼板に水酸化カドミウム
およびカドミウムの活物質を保持したものが用いられて
いる。この従来のニッケル・カドミウム電池を充電する
ときには、充電容量の105〜150%に相当する電気量を充
電しなければならない。その理由は、充電時に酸素の発
生が起こりやすいために、正極板の充電効率が低くな
り、クローン効率が低下するからである。すなわち、従
来のニッケル・カドミウム電池は、充電時に過充電をし
なければ容量が回復しないという欠点があた。このこと
は、従来のニッケル・カドミウム電池は充電時に正極か
ら酸素を発生させながら過充電することが必要であるこ
とを意味する。 ニッケル・カドミウム電池では、正極から(1)式に
示す反応によって発生した酸素が負極板上で(2)式に
したがって吸収される。 4OH→O2+2H2O+4e- (1) O2+2H2O+4e-→4OH- (2) 従って、過充電領域においても負極板から水素の発生
はなく、正極から発生した酸素は負極板上で吸収され、
熱の発生があるだけである。このことからニッケル・カ
ドミウム電池の充電方法は定電流で充電を行い、過充電
領域で発生した熱による電池の温度上昇をサーミスター
等で検出して充電を打切る方法、ガス吸収によって充電
電圧が低下する現象を検出して充電を打切る方法、さら
には圧力センサーで内圧の上昇を検出して充電を制御す
る方法が使用されている。この充電方法が急速充電を行
うためには過充電領域におけるガス吸収性能を向上させ
なければならない。このガス吸収の速度定数は酸素の分
圧に比例するので、電池の内圧が上昇しても電池ケース
が変形したり、破損しにくい円筒形の電池の方が急速充
電を行なううえで好ましいが、この場合でも1C充電が限
度である。また、エネルギー密度の観点からは円筒形の
電池よりも角形電池の方が望ましいが、角形電池の場合
は円筒形の電池に比してケースの耐圧が小さいため、そ
の耐圧は材質として鉄等の金属を用いても高々5kg/cm2
程度である。従って最大0.3Cの充電が限度であった。こ
のニッケル・カドミウム電池の充電方法として充電電圧
の上昇を検出する方法もあるが、その値は1C充電で高々
100〜150mVであり、しかも温度が高くなるとその電圧上
昇は小さくなるので、温度補正が必要となるうえに、信
頼性が低く、低電圧充電した場合にはいわゆる熱逸走
(サーマルランアウェイ)という現象が起こり電池の破
損にまで至る場合もあった。 さらに、現在使用されている密閉形電池用負極板の活
物質には、充電時に負極板から水素の発生が起こらない
ような手段が取られている。もしも充電時に水素ガスが
発生すると、水素は正極板で極めてわずかに吸収される
だけで、そのまま電池内に残るため、水素の蓄積が起こ
ると酸素の分圧も低くなることから、酸素ガスの吸収反
応も起こりにくくなる。その場合、内圧が安全弁の作動
圧に達すると弁より水素ガスのみならず酸素ガスも流出
するようになる。このことは電解液量が減少することを
意味し、やがて容量低下をひきおこす結果となる。さら
にこの水素ガスの発生は安全性の観点からも好ましくな
い。 この水素ガスが発生しないようにする具体的な方法と
しては一般的に正極板の容量に相当する活物質以外にリ
ザーブ用Cd(OH)とよばれる余分の水酸化カドミウム
を保持させる手段が採られている。 その量は少なくとも次の主な項目を補償することが必
要である。 イ) 充放電することによって、活物質保持体であるニ
ッケル基板等が酸化され、活物質と同じ水酸化ニッケル
が生成することによる正極活物質の増加量。 ロ) 充電時に発生する酸素がセパレータの分解によっ
て消費される量。 ハ) 電池の許容内圧と電池の空間体積との積に相当す
る酸素の量。 いずれの場合にも負極板に存在していた水酸化カドミ
ウムが金属カドミウムにその分だけ変換されることにな
る。このリザーブ用Cd(OH)の量は、使用されるセパ
レータの材質や電池の形状や使用条件によって異なる
が、正極活物質の理論容量の40〜100%取るのが通常で
ある。正極板の活物質の重量を基準にして表示すると、
負極板のリザーブ用Cd(OH)を含めた水酸化カドミウ
ムの含有量は正極活物質量の1.77〜2.53倍とするのが普
通である。このように従来の電池には正極板の活物質量
に相当する量以外の水酸化カドミウムを余分に保持する
必要があった。これは電池容量の観点からは好ましくな
いが負極板上から水素を発生させないために必要なやむ
を得ない手段であった。このことはニッケル・カドミウ
ムの充電方法には密閉形鉛蓄電池に用いられている充電
電圧の立ち上がりを検出するだけで充電を制御するとい
う簡便な方法を適用することが事実上できないことを意
味する。従って充電制御が容易で、急速充電が可能な信
頼性のある密閉形アルカリ電池が強く望まれている。 問題点を解決するための手段 本発明は、ニッケルとコバルトに対するコバルトの含
有率が15〜85wt%の水酸化物を活物質の主体とする正極
板と水酸化カドミウムおよび金属カドミウムを活物質の
主体とする負極板とからなる電池において、電池の放電
状態における負極板の水酸化カドミウムの含有量が重量
比で正極活物質量の0.95以下即ちリザーブ用Cd(OH)
を含ませないことによって、従来のニッケル・カドミウ
ム電池では、その適用が困難とされていた充電時の電圧
上昇を検出して充電制御を行うという方法が極めて容易
にでき、その電圧の温度補償も不要となり、その信頼性
を高めることができる。 さらに、従来の電池とは異なりリザーブ用Cd(OH)
を必要としない。そのため、高容量化が可能であり、し
かも円筒形電池のみならぐ角形電池でも従来の電池では
ほとんど不可能であった1C以上という急速充電をも可能
とすることができる。 実施例 以下本発明の詳細を実施例に基づいて説明する。 本発明電池に使用する正極活物質は、次の方法で製作
することができる。尚、コバルトの含有率は活物質中の
金属ニッケルおよび金属コバルトの総量に対する金属コ
バルトの含有率で表示する。即ち、コバルトの含有率=
{Co/(Ni+Co)}×100(wt%)とする。 (a) コバルトの含有率が15〜85wt%の硝酸ニッケル
硝酸コバルトの混合物あるいはその混合溶液を110〜350
℃で加熱処理した後、水酸化ナトリウムや水酸化カリウ
ム等のアルカリ水溶液に浸漬し、湯洗、乾燥する。 (b) コバルトの含有率が15〜85wt%の硝酸ニッケル
と硝酸コバルトの混合溶液、硫酸ニッケルと硫酸コバル
トの混合溶液あるいは塩化ニッケルと塩化コバルトの混
合溶液を水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカ
リ水溶液で処理した後、湯洗、乾燥する。 また、本発明電池に使用する負極活物質は次の方法で
製造することができる。 (c) 焼結式ニッケル基板等の活物質保持体に硝酸カ
ドミウム、硫酸カドミウムや塩化カドミウムの水溶液を
含浸した後、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムで処理
し、湯洗、乾燥を行う。その後、水酸化カリウム水溶液
等のアルカリ水溶液中で所定の水酸化カドミウムの量と
なるように充電あるいは放電を行った後、湯洗、乾燥を
行う。 (d) 所定量の酸化カドミウム粉末と金属カドミウム
粉末とからなる活物質粉末とポリエチレン粉末やポリテ
トラフルオロエチレン粉末等の結着剤とをニッケルメッ
キした穿孔鋼板やエクスパンデッドニッケルの集電体に
直接加圧して塗着する。 (e) 所定量の酸化カドミウム粉末と金属カドミウム
粉末とからなる活物質粉末をポリビニルアルコール等の
水溶性高分子の水溶液で混合した後、ニッケルメッキし
た穿孔鋼板やエクスパンデッドニッケルの集電体に直接
加圧して塗着する。 (f) 酸化カドミウム粉末や水酸化カドミウム粉末を
ポリビニルアルコール等の水溶性高分子の水溶液で混合
した後、ニッケルメッキした穿孔鋼板やエクスパンデッ
ドニッケルの集電体に塗着し、乾燥して、加圧する。次
に、水酸化カリウム水溶液中で所定量の充電あるいは充
放電を行った後、湯洗、乾燥を行う。 基本的には上記のようにして、本発明電池に用いる正
極板及び負極板を作ることができるが、次に具体的な本
発明電池の実施例について詳述する。 実施例1 多孔度が約80%の焼結式ニッケル基板に、コバルトの
含有率が15%が硝酸コバルトと硝酸ニッケルとの混合水
溶液[PH=2,比重1.50(20℃)]を含浸した後、比重1.
20(20℃)の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、湯洗、
乾燥する。この操作を繰り返して、理論容量600mAh、1.
8×15×60mmの正極板を製作した。 多孔度が約80%の焼結式ニッケル基板に、硝酸カドミ
ウム溶液[PH=3,比重1.70(20℃)]を含浸した後、比
重1.20(20℃)の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、湯
洗、乾燥する。この操作を繰り返して、理論容量500mA
h、1×15×60mmの負極板を製作した。 この負極板を比重1.20(20℃)の水酸化ナトリウム水
溶液中で、対極にニッケル板を用いて500mAの電流で1.5
時間充電した後、同じ電流360mAhの電気量だけ放電し、
湯洗して、さらに50℃で4時間真空乾燥を行い負極板を
得た。 次に正極板1枚をポリアミドの不織布で包んだのち、
上記の負極板2枚の間にはさみ、電解液として比重1.25
0(20℃)の水酸化カリウム水溶液1300μlを用いて、
公称容量が500mAhの本発明角形密閉アルカリ二次電池
(A)を製作した。尚、この電池には2Kg/cm2で作動す
る安全弁をつけている。この電池の負極板のリザーブ用
Cd(OH)は0gで、放電状態における負極板のCd(OH)
の含有量は正極板のNi(OH)の含有量の0.95倍とな
っている。 実施例2 多孔度が約80%の焼結式ニッケル基板に、コバルトの
含有率が35%の硝酸コバルトと硝酸ニッケルとの混合水
溶液[PH=2、比重1.50(20℃)]を含浸し、220℃で
1時間加熱処理を行う。続いて比重1.20(20℃)℃水酸
化ナトリウム水溶液に浸漬した後、湯洗、乾燥する。こ
の操作を繰り返して、理論容量600mAh、1.8×15×60mm
の正極板を製作した。 また酸化カドミウム粉末50部と金属カドミウム粉末50
部と、長さ1mmのポリプロピレンの単繊維0.15部とを1.5
wt%のポリビニルアルコールを含むエチレングリコール
30mlで混合してペースト状する。このペーストをニッケ
ルメッキした穿孔鋼板に塗着し、乾燥、加圧して酸化カ
ドミウムの理論容量が360mAh、1.0×15×60mmの負極板
を製作した。この正極板および負極板を用いて、実施例
1と同様な構成の公称容量が500mAhの角形密閉アルカリ
二次電池(B)を製作した。 なお、負極板の酸化カドミウムは電解液を入れると
(3)式に示す反応が起こり水が消費されるので、その
消費分に相当する水を余分に注入した。 CdO+H2O→(OH) (3) 実施例3 コバルトの含有率が50%の硝酸コバルトと硝酸ニッケ
ルとの混合溶液[PH=2、比重1.60(20℃)]を220℃
で2時間加熱処理を行う。続いて比重1.20(20℃)水酸
化ナトリウム水溶液に2時間浸漬し、湯洗した後120℃
で1時間熱風乾燥を行った。その後ボールミルで80メッ
シュ以下に粉砕した。この正極活物質粉末95部と導電材
として金属コバルト粉末5部とをエチレングリコール40
mlで混練し、厚さ3mmの発砲ニッケル(住友電工KK製、
商品名セルメット)に充填した後、150℃で1時間乾燥
を行った。その後、加圧して理論容量600mAh、1.8×15
×60mmの正極板を製作した。 また水酸化カドミウム粉末100部と長さ1mmのポリプロ
ピレンの単繊維0.15部とを1.5wt%のポリビニルアルコ
ールの水溶液40mlで混合してペースト状にする。このペ
ーストをニッケルメッキした穿孔鋼板に塗着してから乾
燥、加圧して水酸化カドミウムの理論容量が500mAh、0.
9×15×60mmの負極板を製作した。この負極板を比重1.2
0(20℃)の水酸化ナトリウム水溶液中で、対極にニッ
ケル板を用いて500mAの電流で電気量が140mAhになるま
で充電になるまで充電した後、湯洗し、さらに80℃で4
時間真空乾燥を行い負極板を得た。この正極及び負極板
を用いて、実施例1と同様な構成の公称容量500mAhの本
発明角形密閉アルカリ二次電池(C)を製作した。 実施例4 コバルトの含有率が85%の硝酸コバルトと硝酸ニッケ
ルとの混合溶液[PH=2、比重1.60(20℃)]を250℃
で2時間加熱処理を行う。続いて比重1.20(20℃)の水
酸化ナトリウム水溶液に2時間浸漬し、湯洗した後120
℃で1時間熱風乾燥を行った。その後ボールミルで80メ
ッシュ以下に粉砕した。この活物質粉末95部と導電材と
して金属コバルト粉末5部とを1wt%のカルボキシメチ
ルロースの水溶液を50mlで混練し、厚さ3mmの発砲ニッ
ケル(住友電工KK製、商品名セルメット)に充填した
後、150℃で1時間乾燥を行った。その後、加圧して理
論容量600mAh、1.8×15×60mmの正極板を製作した。さ
らに比重1.20(20℃)の水酸化ナトリウム水溶液中で、
600mAhで2時間充電した後同じ電流で放電した。そして
その極板を、湯洗、乾燥して、正極板を得た。 また酸化カドミウム粉末50部、金属カドミウム粉末50
部、長さ1mmのポリプロピレンの単繊維0.15部およびポ
リテトラフルオロエチレン粉末3部を混合したものを、
20メッシュのニッケル綱の両面にローラで直接加圧して
酸化カドミウムの理論容量が150mAh、0.9×15×60mmの
負極板を製作した。この正極板および負極板を用いて、
実施例1と同様な構成の公称容量300mAhの本発明角形密
閉アルカリ二次電池(D)を製作した。 この場合の水酸化カドミウムの含有量は正極活物質の
0.39倍である。 尚、実施例2の場合と同様に、負極板の酸化カドミウ
ムが電解液によって水酸化カドミウムとなるために必要
な水を余分に加えた。 本発明電池のリザーブ用Cd(OH)の量はほとんどな
い状態になっている。 次にそれぞれの電池を20℃において1Cの電流で充電電
圧が1.75Vまで充電した後、0.5Vまで放電するという充
放電を250サイクル行った。 1サイクル目の放電容量を100とした場合の各サイク
ルにおける容量保持率を第1図に示す。比較のためにコ
バルトの含有率が8wt%の従来の正極板を用い、それ以
外は実施例1と同様に製作した角形ニッケル−カドミウ
ム電池(E)の放電容量の推移を合せて示す。 第1図より、本発明電池(A)、(B)、(C)、お
よび(D)が従来の電池(E)よりも優れていることが
わかる。また、250サイクル目の電池の重量の測定した
ところ本発明電池(A)、(B)、(C)および(D)
の重量減少は認められなかったが従来の電池(E)は10
0mgの重量減少が認められた。このことは本発明電池は
酸素ガスの発生がほとんど認められないことを意味す
る。 一般的に使用されているニッケル・カドミウム電池は
電池(E)の場合ほど負極板の水酸化カドミウムの量が
少なくはなく、リザーブ用の水酸化カドミウムを多く保
持している。そこで水酸化カドミウムの量を正極板の理
論容量の1.8倍とした負極板を用い、それ以外は実施例
1と同様な電池を製作して、1CAで公称容量の130%充電
して、1Cで0.5Vまで放電するという充放電サイクルを行
ったが、10サイクル目で電池の重量減少は70mgもあり、
安全弁から電解液がリークしていた。このことから、リ
ザーブ用Cd(OH)を多くした負極板を用いて過充電す
ると本発明電池のような効果は得られないことがわか
る。 尚、この電池の場合、リザーブ用Cd(OH)の量が多
くあり負極板の水素発生に至る電位の上昇はないため、
端子電圧が充電時に1.75Vに達しない。そのため充電電
気量を一定とした充放電を行っている。 第1図で行った実験の充放電の代表的な電圧特性を電
池(C)の場合についてのみ第2図に示す。第2図から
充電終期における端子電圧の立上がりは急激でその値は
極めて大きく400mVもあることがわかる。そして放電容
量はほぼ充電量に相当する電気量である。このことは、
クーロン効率が従来の電池に比較して極めて高いことを
意味する。本発明電池の特徴の一つはクーロン効率が極
めて高いことである。そこで、実施例1に準じて、コバ
ルトの含有率の異なる正極板を製作し、電解液として比
重1.25(20℃)の水酸化カリウム水溶液、対極としてニ
ッケル板を用いて500mAの電流で1.5時間充電したのち、
同じ電流で0V(vs.Hg/HgO)まで放電するという充放電
を2サイクル行った。次に2サイクル目の放電容量に相
当する電気量だけその放電容量を基準に1Cの電流で充電
し、放電したときのクーロン効率(放電電気量/充電電
気量)×100を求めた。その結果を第3図に示す。第3
図より、コバルトの含有率が10%のときはクーロン効率
は96.0%であるが、15%になると98.0%となり、20%に
なるとほとんど100%近くになることがわかる。本発明
電池における充電電圧の上昇は、後述するように負極板
のCd(OH)がほとんど還元されることに基づく上昇、
即ち水素発生に至る過程の電位の急激な変化と正極板の
電位変化の重なった電圧によるものである。そして負極
板Cd(OH)の充電効率は−10〜45℃の範囲ではほぼ10
0%に近いので、正極板の充電効率も100%が望ましい。
また負極板にはプリチャージ用の金属カドミウム(充放
電可能な金属カドミウムであり、容量制限極を正極とす
るものである。)があらがじめ保持されているので、電
池の放電容量は正極板のクーロン効率によって決定され
る。もし、充放電サイクルが進行してもクーロン効率が
一定ならば、クーロン効率の値によって放電容量サイク
ル経過に伴う容量保持率が決定される。クーロン効率の
値の変化による理論容量保持率を第4図より、クーロン
効率が95.0%の場合には、充放電100サイクル目になる
とほとんど容量はなくなることになることがわかるが、
クーロン効率がこの値に近い従来の正極板を用いた電池
(E)の場合でも第1図に示すように、充放電250サイ
クル目になっても容量保持率が約50%もある。これは、
クーロン効率が充電深度によって異なることに基づくも
のである。即ち充電深度が容量の60%近くになると、競
争反応である酸素の発生は極めて少ないために、クーロ
ン効率がほぼ100%となるためである。この点を考慮す
ると第4図から容量保持率が250サイクルで0にならな
いようクーロン効率は98.0%以上であると推定できる。
またクーロン効率が、98%以上になるコバルトの含有率
は第3図より15wt%であることがわかる。従って、コバ
ルトの含有率が15wt%以上の正極板を用いると充放電25
0サイクル目になっても容量保持率は60%以上を保証す
ることができる。また、クーロン効率はコバルトの含有
率が90%と多い場合でも99%以上の値を示す。しかしな
がら、コバルトの含有率が85wt%になると利用率が50%
程度となるので、85wt%越える正極板を使用する利点は
実用上小さくなる。これらのことよりコバルトの含有率
15〜85wt%が望ましい。 前述したように、本発明電池は充電時において急激な
充電電圧の変化を伴うが、次に述べる電位変化の大きな
負極板を用いるとさらにこの効果を高めることができ
る。このような負極板は実施例2に用いた様なペースト
式負極板の活物質に含まれるニッケル粉末の含有率を少
なくすることによって得ることができる。第5図は実施
例2において、ペースト式負極板の活物質粉末にカーボ
ニルニッケル粉末の添加したものを製作し、その負極板
の0.5C充電における充電終期の水素発生電位と充電過程
の電位との電位差をニッケルの含有率{Ni/(Cd+N
i)}×100との関係を示したものである。尚、対極とし
て焼結式ニッケル正極板、電解液としては比重1.25(20
℃)水酸化カリウム水溶液を用い、温度は25℃である。
第5図よりニッケルを含まない負極板の電位差は450mV
と大きく、ニッケルの含有率が10wt%以上になると150m
Vに急減する。従ってニッケルの含有率は5wt%以下がよ
い。尚、焼結式ニッケル負極板の場合は140mVであった
ことより、本発明の効果を高めるには負極板としては焼
結式負極板よりはペースト式負極板等の非焼結式極板が
優れているといえる。これは水素の発生サイトがニッケ
ル上であることに起因するものである。 また本発明の特徴の他の一つは、充放電電位も大きく
変化することである。実施例1で、コバルトの含有率を
変えた正極板の0.5C充放電における充電終了後の開路電
位と放電終了後の開路電位との差を電解液に酸化亜鉛を
飽和した比重1.25(20℃)KOH水溶液を用いて調べた結
果、コバルトの含有率が10wt%のときは、150mVである
のに対して、含有率が15wt%になると200mVとなり、特
にコバルトの含有率が30wt%以上になると300mVを越
え、コバルトの含有率が多くなるほどその電位差は大き
くなった。従って充電時の電位変化はコバルトの含有率
が15wt%以上の正極板と前述した負極板の電位変化とを
組み合せると従来の電池にはない充電時の電圧変化が生
じ、充電電圧を検出する充電制御方法が容易となる。 前述したように本発明電池の効果はコバルトの含有率
が15〜85wt%の正極板と適当な水酸化カドミウムの含有
量を含む負極板とを用いて初めて達成される。その原理
は次に述べる事実に基づいている。 正極板の活物質は製造条件によってその生成物は若干
異なり、また電池の組立前の化成条件によっても異なる
が、その含有重量をすべてNi(Co)(OH)とみなして
実用上さしつかえない。また負極板の活物質の放電状態
Cd(OH)として実用上さしつかえない。この正極活物
質は充電で2価から平均原子価が3.2価に変化した時点
まで殆ど酸素ガスが発生しない。一方、負極活物質は2
価から0価に変化するまで水素ガスが発生しない。する
と正極活物質の理論容量は0.3471Ah/g、負極活物質の水
酸化カドミウムの場合は0.3662Ah/gであるので、負極板
の水酸化カドミウムの含有量は重量比で、正極活物質の
0.95倍以下にすれば正極から酸素が主として発生する前
に負極電位の急激な変化が起こることになる。尚、電解
液として酸化亜鉛を溶かした液を用いる場合には、溶解
した酸化亜鉛の量を厳密には補正する必要があるが、事
実上支障はほとんどない。そして、この関係が満足され
ると、電池は−30〜45℃の広い範囲で充電電圧が大きく
変化し、それを検出することにより充電制御がしやすい
という機能が保証される。 以上のように、本発明では電池の放電状態における負
極板の水酸化カドミウムの量を正極活物質の0.95倍以下
にする必要がある。そのためには実施例で説明したよう
に負極板の水酸化カドミウムの量を正確に制御する必要
がある。性能面からは、さらに水酸化カドミウムの量ば
かりではなく金属カドミウムの量も制御することが望ま
しいので、実施例で述べた方法は必ずしも簡単な方法で
はない。 この金属カドミウムの量は水酸化カドミウムの量に比
して厳密に制御する必要はないので、次のような方法
で、その煩雑さを解消することができる。その方法とし
て水酸化カドミウムの量を0g、即ち負極板を充電状態で
電池に組立てる方法をとればよい。具体的には負極板を
アルカリ水溶液中で過充電した後、湯洗して真空乾燥し
たり、あるいは酸化カドミウム粉末や水酸化カドミウム
粉末を用いないで金属カドミウム粉末を活物質としたペ
ースト式負極板を用いればよい。その場合、正極板も充
電状態にする必要があり、その方法としては負極板と同
様にアルカリ水溶液で充電した後、湯洗、乾燥するか、
シュウ素、次亜塩素酸ナトリウムあるいはペルオクソ硫
酸カリウム等の酸化材で酸化した後、湯洗、乾燥する方
法をとればよい。さらに別の方法として放電状態の正極
板および負極板を電池に組立て、過充電を行った後に密
閉化してもよい。これらの方法の場合に用いる負極板と
正極板の活物質の量の比率は、いかなる値でもよいが密
閉化した後の電池を放電した状態においては前述した関
係、即ち、電池の放電状態における負極板の水酸化カド
ミウムの含有率は重量比で正極活物質の0.95倍以下とな
っている。 本発明電池の充電電圧は大きく変化するが、特にその
終期では300〜600mVもあるので、その電圧の立上がりを
検出して充電を制御することができる。たとえば電圧の
立上がりまで定電流で充電した後、電圧の上昇を検出し
て充電を打切ったり、あるいはその電圧で定電圧にする
方法がある。 また準定電圧法も適用できる。逆に本発明は定電流で
過充電する充電方法は負極板より水素ガスが発生するた
め、液が減少し容量低下を招くことになるので好ましく
ない。 実施例では従来困難であった角形電池の1C急速充電を
おこなったが、この充電率を2Cにしても安全弁等からの
液漏れや重量減少はなかった。 このような機能は、本発明電池が酸素ガスの吸収反応
をほとんどおこす必要がない、即ち正極からガス発生が
ほとんど起こらないという特徴と水素ガス発生に至る電
位の急上昇を検出することにより充電制御が容易である
という特徴を合理的組み合せたことによって初めて生じ
たものである。この場合、充電終期の電圧上昇は従来の
電池と比較して3〜4倍も大きくなっているので、温度
上昇による電圧の補償も事実上必要はない。 発明の効果 以上述べたように本発明アルカリ電池は従来のニッケ
ル・カドミウム電池の充電終期の電圧上昇を3〜6倍も
大きくして、その電圧上昇を検出することによって充電
制御を精度よく行うことができ、しかも充放電サイクル
に伴う容量減少も極めて少ない。この機能を利用するこ
とにより従来不可能とされていた角形電池1C充電や2Cの
ような急速充電も信頼性よく実現することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Industrial applications   The present invention relates to the inclusion of cobalt over nickel and cobalt.
Positive electrode whose active material is mainly composed of hydroxide with a prevalence of 15 to 85 wt%
Plate, cadmium hydroxide and cadmium metal as active materials
Battery composed of negative electrode plate mainly composed of aluminum and its production
It is about the method. Conventional technology   Currently, manganese dioxide and manganese dioxide are
Silver oxide and the like are used as the positive electrode active material for secondary batteries, such as lead dioxide and hydroxyl.
Nickel chloride or the like is used. These active materials
Each is selected according to the application.   In recent years, as electronic devices have become smaller and lighter,
The emergence of high-performance primary batteries and secondary batteries is expected. Most
Recently, nickel and cobalt were used as cathode active materials.
The main component is nickel hydroxide with a
Positive electrode using active material and negative electrode composed of zinc and cadmium
An alkaline battery composed of a plate and
Ah efficiency is almost 10 times compared to batteries using nickel positive plate.
Extremely high at 0%, batteries open at open circuit voltage during discharging and charging
It has been found that the capacity of
Published Japanese Patent Application No. Sho 60-163382). Such new features
It is expected that batteries with higher performance will have higher performance. Problems to be solved by the invention   Cobalt for nickel and cobalt as positive electrode active material
Positive electrode plate mainly composed of hydroxide with a default content of 30 wt% or more
Alkaline batteries using, for example, nickel (cobalt)
The domium battery is charged by the voltage change accompanying charging and discharging.
Amount, discharge electricity amount or remaining capacity can be easily known.
It turns out that there is a selected feature that can be cut. Especially
Detects voltage rise due to large changes in charging voltage
To control charging by using the conventional nickel cadmium
Battery is easier than battery
Published Japanese Patent Application No. Sho 60-115161), charging control is easier.
Batteries are desired.   Currently, nickel-cadmium battery positive electrodes
An active material having a default content of 2 to 10% by weight is used. one
For the negative electrode plate, sintered nickel with a porosity of about 80%
Cadmium hydroxide on substrate and nickel-plated perforated steel plate
And cadmium active materials are used
I have. Charge this conventional nickel-cadmium battery
At times, charge an amount of electricity equivalent to 105-150% of the charging capacity.
Must be charged. The reason is that oxygen is released during charging.
The charging efficiency of the positive electrode plate is low because
This is because the cloning efficiency decreases. That is,
Conventional nickel-cadmium batteries overcharge when charging.
Otherwise, the capacity will not recover. this thing
Is a conventional nickel-cadmium battery a positive
Need to overcharge while generating oxygen.
Means   In nickel-cadmium batteries, from the positive electrode
The oxygen generated by the reaction shown in the formula (2)
Therefore it is absorbed.   4OH → OTwo+ 2HTwoO + 4e-                        (1)   OTwo+ 2HTwoO + 4e-→ 4OH-                       (2)   Therefore, hydrogen is generated from the negative electrode plate even in the overcharge area.
No, oxygen generated from the positive electrode is absorbed on the negative electrode plate,
There is only heat generation. This indicates that nickel nickel
Dome battery is charged with constant current and overcharged
Thermistor measures battery temperature rise due to heat generated in the area
How to stop charging by detecting with etc., charging by gas absorption
How to stop charging by detecting a voltage drop phenomenon.
Control charging by detecting an increase in internal pressure with a pressure sensor.
Method is used. This charging method provides fast charging
To improve gas absorption performance in the overcharge area,
There must be. The rate constant of this gas absorption is
Battery case, even if the internal pressure of the battery rises.
A cylindrical battery that is less likely to deform or break
This is preferable for charging, but even in this case, 1C charging is limited.
Degrees. Also, from the viewpoint of energy density,
Prismatic batteries are preferable to batteries, but rectangular batteries
Has a lower withstand pressure than the cylindrical battery,
Withstand pressure of at most 5kg / cm even if metal such as iron is used as materialTwo
It is about. Therefore, charging up to 0.3C was the limit. This
Voltage as a method of charging nickel-cadmium batteries
There is a method to detect the rise in
100-150mV, and when the temperature rises,
Since the rise is small, temperature compensation is necessary and signal
Low reliability, so-called thermal runaway when charged at low voltage
(Thermal run away) phenomenon occurs and the battery is broken
In some cases, the loss was reached.   In addition, the activities of currently used negative electrode plates for sealed
The substance does not generate hydrogen from the negative electrode plate during charging
Such measures have been taken. If hydrogen gas is charged during charging
When generated, hydrogen is very slightly absorbed by the positive plate
Only remains in the battery as it is, causing the accumulation of hydrogen.
As the oxygen partial pressure decreases, the oxygen gas absorption
The response is less likely to occur. In that case, the internal pressure will activate the safety valve
When the pressure is reached, not only hydrogen gas but also oxygen gas flows out of the valve
I will be. This means that the amount of electrolyte decreases.
This means that the capacity is eventually reduced. Further
However, this generation of hydrogen gas is not preferable from the viewpoint of safety.
No.   A specific method to prevent the generation of this hydrogen gas
In general, other than the active material corresponding to the capacity of the positive electrode plate,
Cd (OH) for saab2Extra cadmium hydroxide called
Is taken.   The amount must compensate for at least the following main items:
It is important. B) By charging and discharging, d.
Nickel hydroxide, which is the same as the active material, when the nickel substrate is oxidized
The amount of increase in the positive electrode active material due to generation of. B) Oxygen generated during charging is
Consumed amount. C) It is equivalent to the product of the allowable internal pressure of the battery and the space volume of the battery.
Amount of oxygen.   In each case, the cadmium hydroxide present on the negative electrode plate
Is converted to metallic cadmium by that amount.
You. Cd (OH) for this reserve2The amount of used sepa
Depends on the material of the generator, the shape of the battery, and the operating conditions
However, it usually takes 40 to 100% of the theoretical capacity of the positive electrode active material.
is there. When displayed based on the weight of the active material of the positive electrode plate,
Cd (OH) for negative electrode plate reserve2Cadmium hydroxide containing
The content of the cathode is usually 1.77 to 2.53 times the amount of the positive electrode active material.
It is. As described above, the amount of active material of the positive electrode plate is
Extra cadmium hydroxide other than the equivalent
Needed. This is not desirable in terms of battery capacity.
But necessary to prevent the generation of hydrogen from the negative electrode plate
It was a means that did not get. This is nickel cadmium
The charging method used for the sealed lead-acid battery
It is said that charging is controlled only by detecting the rise of voltage
Means that it is virtually impossible to apply a simple method.
To taste. Therefore, the charge control is easy and the quick charge is possible.
There is a strong demand for a reliable sealed alkaline battery. Means to solve the problem   The present invention relates to the inclusion of cobalt over nickel and cobalt.
Positive electrode whose active material is mainly composed of hydroxide with a prevalence of 15 to 85 wt%
Plate and cadmium hydroxide and cadmium metal
Discharge of battery in battery consisting of negative electrode plate as main component
Cadmium hydroxide content of the negative electrode plate in the state is weight
0.95 or less of the positive electrode active material in terms of ratio, ie, Cd (OH) for reserve2
Is not included, the conventional nickel cadmium
Battery, the charging voltage, which was considered difficult to apply
Extremely easy to detect charging and control charging
Temperature compensation of the voltage is unnecessary, and its reliability
Can be increased.   Furthermore, unlike conventional batteries, reserve Cd (OH)2
Do not need. Therefore, it is possible to increase the capacity,
Even if it is a square battery that can only be a cylindrical battery, a conventional battery
Capable of fast charging of 1C or more, which was almost impossible
It can be. Example   Hereinafter, details of the present invention will be described based on examples.   The positive electrode active material used in the battery of the present invention is manufactured by the following method.
can do. Incidentally, the content of cobalt in the active material
Metal core to total metal nickel and metal cobalt
Indicated by Baltic content. That is, the content of cobalt =
{Co / (Ni + Co)} x 100 (wt%). (A) Nickel nitrate with cobalt content of 15-85wt%
A mixture of cobalt nitrate or a mixed solution of 110 to 350
After heating at ℃, sodium hydroxide or potassium hydroxide
Immersed in an alkaline aqueous solution such as water, washed with hot water and dried. (B) Nickel nitrate with a cobalt content of 15-85 wt%
Mixed solution of nickel and cobalt nitrate, nickel sulfate and kobal sulfate
Mixed solution of nickel or cobalt chloride and cobalt chloride
The combined solution with an alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide
After the treatment with the aqueous solution, washing with hot water and drying are performed.   The negative electrode active material used in the battery of the present invention is obtained by the following method.
Can be manufactured. (C) Nitric acid is added to the active material holder such as a sintered nickel substrate.
Add cadmium, cadmium sulfate or cadmium chloride solution
After impregnation, treated with sodium hydroxide or potassium hydroxide
Then, wash with hot water and dry. Then, potassium hydroxide aqueous solution
And the amount of cadmium hydroxide in an aqueous alkaline solution such as
After charging or discharging so that it becomes
Do. (D) Predetermined amount of cadmium oxide powder and metal cadmium
Active material powder consisting of powder and polyethylene powder or polyethylene
Nickel plating with a binder such as trafluoroethylene powder
For current collectors of perforated steel plates and expanded nickel
Apply by pressing directly. (E) Predetermined amount of cadmium oxide powder and metal cadmium
Active material powder consisting of powder such as polyvinyl alcohol
After mixing with an aqueous solution of a water-soluble polymer,
Directly into perforated steel sheet or expanded nickel current collector
Apply under pressure. (F) Cadmium oxide powder or cadmium hydroxide powder
Mix with aqueous solution of water-soluble polymer such as polyvinyl alcohol
And then use nickel-plated perforated steel
It is applied to a nickel current collector, dried and pressed. Next
To a predetermined amount in an aqueous potassium hydroxide solution.
After discharging, washing with hot water and drying are performed.   Basically, as described above, the positive electrode used in the battery of the present invention is used.
The electrode plate and the negative electrode plate can be made.
Examples of the inventive battery will be described in detail. Example 1   Sintered nickel substrate with a porosity of about 80%
A mixture of cobalt nitrate and nickel nitrate with a content of 15%
After impregnation with the solution [PH = 2, specific gravity 1.50 (20 ° C)], specific gravity 1.
Immerse in 20 (20 ° C) sodium hydroxide solution, wash with hot water,
dry. This operation is repeated until the theoretical capacity is 600 mAh and 1.
An 8 x 15 x 60 mm positive electrode plate was manufactured.   Cadmium nitrate on a sintered nickel substrate with a porosity of about 80%
Solution [PH = 3, specific gravity 1.70 (20 ℃)]
1.20 (20 ° C) sodium hydroxide solution
Wash and dry. Repeat this operation to set the theoretical capacity to 500 mA.
h, a negative electrode plate of 1 × 15 × 60 mm was manufactured.   This negative electrode plate was treated with aqueous sodium hydroxide having a specific gravity of 1.20 (20 ° C).
In the solution, use a nickel plate as the counter electrode and apply a current of 500 mA for 1.5
After charging for an hour, discharge the same amount of electricity of 360mAh,
Rinse with hot water and vacuum dry at 50 ℃ for 4 hours.
Obtained.   Next, after wrapping one positive electrode plate with a polyamide nonwoven fabric,
Sandwiched between the two negative plates described above, a specific gravity of 1.25 as an electrolytic solution.
Using 1300 μl of 0 (20 ° C.) aqueous potassium hydroxide solution,
The rectangular sealed alkaline secondary battery of the present invention having a nominal capacity of 500 mAh.
(A) was produced. In addition, 2Kg / cmTwoWorks with
Safety valve. For reserve of negative plate of this battery
Cd (OH)2Is 0g, Cd (OH) of the negative electrode plate in the discharged state
2Content of Ni (OH) in the positive electrode plate20.95 times the content of
ing. Example 2   Sintered nickel substrate with a porosity of about 80%
Mixed water of 35% cobalt nitrate and nickel nitrate
Impregnated with a solution [PH = 2, specific gravity 1.50 (20 ° C)]
Heat treatment is performed for 1 hour. Subsequently, specific gravity 1.20 (20 ℃) ℃
After being immersed in an aqueous solution of sodium chloride, it is washed with hot water and dried. This
Repeat the above operation, theoretical capacity 600 mAh, 1.8 × 15 × 60 mm
Was manufactured.   50 parts of cadmium oxide powder and 50 parts of metal cadmium powder
Part and 0.15 part of 1 mm long polypropylene single fiber
Ethylene glycol containing wt% polyvinyl alcohol
Mix with 30 ml to make a paste. Nickel paste this
Coated on a perforated steel plate,
Negative electrode plate with a theoretical capacity of domium of 360 mAh and 1.0 x 15 x 60 mm
Was made. Using this positive electrode plate and negative electrode plate,
Square sealed alkali with a nominal capacity of 500 mAh and a configuration similar to 1.
A secondary battery (B) was manufactured.   The cadmium oxide on the negative electrode plate is
The reaction shown in equation (3) occurs and consumes water.
Extra water was injected corresponding to the consumption.   CdO + HTwoO → (OH)2                        (3) Example 3   Cobalt nitrate and nickel nitrate with a cobalt content of 50%
Mixed solution [PH = 2, specific gravity 1.60 (20 ℃)] with 220 ℃
For 2 hours. Subsequently, specific gravity 1.20 (20 ℃)
Immerse in sodium chloride aqueous solution for 2 hours, wash with hot water, then 120 ℃
For 1 hour with hot air drying. After that, 80 ball
Crushed to below. 95 parts of this positive electrode active material powder and conductive material
5 parts of metallic cobalt powder and ethylene glycol 40
kneaded with 3 ml and a 3 mm thick nickel foam (Sumitomo Electric KK,
After filling in Celmet (product name), dry at 150 ° C for 1 hour
Was done. After that, pressurize and theoretical capacity 600mAh, 1.8 × 15
A positive electrode plate of × 60 mm was manufactured.   In addition, 100 parts of cadmium hydroxide powder and 1 mm long polypropylene
0.15 parts of single fiber of pyrene and 1.5 wt% of polyvinyl alcohol
The mixture is made into a paste by mixing with 40 ml of an aqueous solution. This page
Paste on a nickel-plated perforated steel plate and then dry.
After drying and pressurizing, the theoretical capacity of cadmium hydroxide is 500 mAh, 0.
A 9 × 15 × 60 mm negative electrode plate was manufactured. This negative electrode plate has a specific gravity of 1.2
In a 0 (20 ° C) aqueous sodium hydroxide solution,
Using a Kel plate, a current of 500 mA causes the amount of electricity to reach 140 mAh.
After charging until the battery is charged, rinse with hot water and then
Vacuum drying was performed for an hour to obtain a negative electrode plate. The positive and negative plates
Using a book with a nominal capacity of 500 mAh and a configuration similar to that of Embodiment 1.
An inventive square sealed alkaline secondary battery (C) was manufactured. Example 4   Cobalt nitrate and nickel nitrate with 85% cobalt content
Mixed solution [PH = 2, specific gravity 1.60 (20 ° C)] at 250 ° C
For 2 hours. Then water with specific gravity of 1.20 (20 ℃)
Immerse in sodium hydroxide aqueous solution for 2 hours, wash with hot water, then 120
Hot air drying was performed at 1 ° C for 1 hour. Then 80 ball mill
And crushed to below. 95 parts of this active material powder and conductive material
And 5 parts of metallic cobalt powder with 1 wt% carboxymethyl
Knead 50ml of an aqueous solution of Lulose and use a 3mm thick
Filled with Kel (Sumitomo Denko KK, trade name Celmet)
Thereafter, drying was performed at 150 ° C. for 1 hour. Then pressurize
A positive electrode plate with a theoretical capacity of 600 mAh and 1.8 × 15 × 60 mm was manufactured. Sa
In a sodium hydroxide aqueous solution with a specific gravity of 1.20 (20 ° C),
After charging at 600 mAh for 2 hours, the battery was discharged at the same current. And
The electrode plate was washed with hot water and dried to obtain a positive electrode plate.   50 parts of cadmium oxide powder and 50 parts of metal cadmium powder
Part, 0.15 part of 1 mm long polypropylene single fiber and
What mixed 3 parts of tetrafluoroethylene powder,
Press directly on both sides of 20 mesh nickel steel with rollers
The theoretical capacity of cadmium oxide is 150mAh, 0.9 × 15 × 60mm
A negative electrode plate was manufactured. Using this positive electrode plate and negative electrode plate,
The present invention square rectangular capacitor having a nominal capacity of 300 mAh and a configuration similar to that of the first embodiment.
A closed alkaline secondary battery (D) was manufactured.   In this case, the content of cadmium hydroxide depends on the positive electrode active material.
It is 0.39 times.   Note that, similarly to the case of Example 2, the cadmium oxide
Required for the electrolyte to become cadmium hydroxide by the electrolyte
Extra water was added.   Cd (OH) for reserve of the battery of the present invention2The amount of
Is in a bad state.   Next, charge each battery with a current of 1C at 20 ° C.
Charge to a voltage of 1.75V and then discharge to 0.5V
Discharge was performed for 250 cycles.   Each cycle when the discharge capacity in the first cycle is 100
FIG. 1 shows the capacity retention ratio in the fuel cell. For comparison
A conventional positive electrode plate with a Baltic content of 8 wt% was used.
Outside, a square nickel-cadmium manufactured in the same manner as in Example 1.
The transition of the discharge capacity of the battery (E) is also shown.   FIG. 1 shows that the batteries of the present invention (A), (B), (C), and
And (D) are superior to the conventional battery (E)
Recognize. Also, the weight of the battery at the 250th cycle was measured.
However, the batteries (A), (B), (C) and (D) of the present invention
No weight loss was observed, but the conventional battery (E)
A weight loss of 0 mg was observed. This means that the battery of the present invention
Means almost no generation of oxygen gas
You.   Commonly used nickel-cadmium batteries
In the case of battery (E), the amount of cadmium hydroxide on the negative electrode plate
Not less, but more cadmium hydroxide for reserve
I have Therefore, the amount of cadmium hydroxide is
Example using a negative electrode plate 1.8 times the theoretical capacity
Build a battery similar to 1 and charge 130% of the nominal capacity with 1 CA
Charge / discharge cycle to discharge to 0.5V at 1C.
However, at the 10th cycle, the weight loss of the battery was 70 mg,
Electrolyte leaked from the safety valve. From this,
Cd (OH) for saab2Overcharge using negative electrode plate
Then, it is understood that the effect like the battery of the present invention cannot be obtained.
You.   In the case of this battery, Cd (OH) for reserve2Large amount of
Since there is no rise in the potential to generate hydrogen on the negative electrode plate,
Terminal voltage does not reach 1.75V during charging. Because of that
Charge / discharge is performed with a constant air volume.   The typical voltage characteristics of charging and discharging in the experiment conducted in Fig.
FIG. 2 shows only the case of the pond (C). From Figure 2
The terminal voltage rises sharply at the end of charging and its value is
It can be seen that it is extremely large, 400 mV. And discharge vessel
The amount is an amount of electricity substantially corresponding to the amount of charge. This means
Coulomb efficiency is extremely high compared to conventional batteries
means. One of the features of the battery of the present invention is that the coulomb efficiency is extremely high.
It is expensive. Therefore, according to the first embodiment,
A positive electrode plate with a different
Aqueous 1.25 kg (20 ° C) aqueous potassium hydroxide solution
After charging with a current of 500 mA for 1.5 hours using a nickel plate,
Charge and discharge to discharge to 0V (vs.Hg / HgO) with the same current
For 2 cycles. Next, the discharge capacity in the second cycle
Charges at a current of 1C based on the discharge capacity of the corresponding amount of electricity
And discharge coulomb efficiency (discharged electricity / charged electricity)
(Volume) x 100. FIG. 3 shows the results. Third
From the figure, Coulomb efficiency when the cobalt content is 10%
Is 96.0%, but when it becomes 15%, it becomes 98.0%, and it becomes 20%
It turns out that it is almost 100%. The present invention
The rise in the charging voltage of the battery is caused by the negative electrode plate as described later.
Cd (OH)2Rise due to almost being reduced,
In other words, a sudden change in potential in the process leading to hydrogen generation and the positive electrode plate
This is due to the overlapped voltage of the potential change. And the negative electrode
Plate Cd (OH)2Charging efficiency is approximately 10 in the range of −10 to 45 ° C.
Since it is close to 0%, the charging efficiency of the positive electrode plate is also desirably 100%.
In addition, metal cadmium (precharged
Cadmium is a metal that can be charged.
Things. ) Is already held,
The discharge capacity of the pond is determined by the Coulomb efficiency of the positive plate.
You. If the charge and discharge cycle progresses, Coulomb efficiency
If constant, discharge capacity cycle depends on Coulomb efficiency
The capacity retention rate with the passage of time is determined. Coulomb efficiency
Fig. 4 shows the theoretical capacity retention rate due to the change in the value.
If the efficiency is 95.0%, it will be the 100th cycle of charging and discharging
It turns out that the capacity will be almost gone,
Battery using conventional positive electrode plate with Coulomb efficiency close to this value
Even in the case of (E), as shown in FIG.
Even at the corner, the capacity retention rate is about 50%. this is,
Coulomb efficiency depends on charge depth
It is. In other words, when the charging depth approaches 60% of the capacity,
The reaction of oxygen is extremely low,
This is because the efficiency is almost 100%. Take this into account
Then, the capacity retention rate does not become 0 in 250 cycles from FIG.
Coulomb efficiency can be estimated to be 98.0% or more.
Cobalt content with Coulomb efficiency of 98% or more
Is 15 wt% from FIG. Therefore,
When a positive electrode plate with a content of more than 15 wt%
Guaranteed capacity retention of 60% or more even at the 0th cycle
Can be In addition, Coulomb efficiency is
Even when the ratio is as high as 90%, it shows a value of 99% or more. But
However, when the content of cobalt becomes 85wt%, the utilization rate becomes 50%
The advantage of using a positive electrode plate that exceeds 85 wt%
Practically smaller. From these facts, the cobalt content
15-85 wt% is desirable.   As described above, the battery of the present invention has a sharp
This involves a change in charging voltage, but a large potential change
Using a negative electrode plate can further enhance this effect.
You. Such a negative electrode plate is a paste similar to that used in Example 2.
Content of nickel powder in active material of
It can be obtained by eliminating it. Figure 5 shows the implementation
In Example 2, carbohydrate was added to the active material powder of the paste type negative electrode plate.
Nil nickel powder was added and the negative plate
Evolution potential and charging process at the end of charging in 0.5C charging
The potential difference from the potential of nickel is calculated as the nickel content {Ni / (Cd + N
i) This shows the relationship with} × 100. The opposite electrode
The sintered nickel positive electrode plate has a specific gravity of 1.25 (20
° C) Potassium hydroxide aqueous solution is used, and the temperature is 25 ° C.
According to FIG. 5, the potential difference of the negative electrode plate containing no nickel is 450 mV.
150m when the nickel content exceeds 10wt%
Drops sharply to V. Therefore, the nickel content should be 5 wt% or less.
No. Incidentally, in the case of the sintered nickel negative electrode plate, it was 140 mV.
Therefore, in order to enhance the effect of the present invention, the anode plate must be fired.
Non-sintered electrode plates such as paste-type negative electrode plates are
It can be said that it is excellent. This is a hydrogen generation site
This is due to the fact that   Another feature of the present invention is that the charge / discharge potential is large.
Is to change. In Example 1, the content of cobalt was
Open circuit voltage after charging at 0.5C charge / discharge of changed positive plate
The difference between the potential and the open circuit potential after the end of the discharge is determined by adding zinc oxide to the electrolyte.
Investigations using saturated 1.25 (20 ° C) aqueous KOH solution
As a result, when the cobalt content is 10 wt%, it is 150 mV.
On the other hand, when the content becomes 15 wt%, it becomes 200 mV,
Over 300mV when the cobalt content exceeds 30wt%
The potential difference increases as the cobalt content increases.
It's gone. Therefore, the potential change during charging depends on the cobalt content
Is 15% by weight or more and the potential change of the negative electrode
When combined, it produces a voltage change during charging that is not available in conventional batteries.
In other words, a charging control method for detecting a charging voltage is facilitated.   As described above, the effect of the battery of the present invention is the content of cobalt.
Contains 15-85wt% of positive electrode plate and suitable cadmium hydroxide
This is achieved only with a negative electrode plate containing a large amount. The principle
Is based on the following facts.   The product of the active material of the positive electrode plate may vary slightly depending on the manufacturing conditions.
And also depending on the formation conditions before battery assembly
However, the content weight is all Ni (Co) (OH)2Assuming
Not practical. The discharge state of the active material on the negative electrode plate
Cd (OH)2As a practical matter. This positive electrode active material
The quality is when the average valence changes from divalent to 3.2 when charged
Almost no oxygen gas is generated until. On the other hand, the negative electrode active material is 2
No hydrogen gas is generated until the valence changes from zero to zero. Do
The theoretical capacity of the positive electrode active material is 0.3471 Ah / g,
Since it is 0.3662 Ah / g for cadmium oxide, the negative electrode plate
The cadmium hydroxide content of the
0.95 times or less before oxygen is mainly generated from the positive electrode
This causes a sudden change in the negative electrode potential. In addition, electrolytic
When using a solution in which zinc oxide is dissolved,
It is necessary to correct the amount of zinc oxide
There is almost no problem. And this relationship is satisfied
The battery has a large charging voltage in a wide range of -30 to 45 ° C.
Change and detecting it makes charging control easy
Function is guaranteed.   As described above, according to the present invention, the negative
The amount of cadmium hydroxide on the electrode plate is 0.95 times or less that of the positive electrode active material.
Need to be For that, as explained in the embodiment
Need to control the amount of cadmium hydroxide in the negative electrode plate accurately
There is. In terms of performance, if the amount of cadmium hydroxide
It is desirable to control the amount of metal cadmium, not the scale
Therefore, the method described in the embodiment is not necessarily a simple method.
There is no.   The amount of this metal cadmium is compared to the amount of cadmium hydroxide.
It is not necessary to control strictly, so the following method
Thus, the complexity can be eliminated. The method
The cadmium hydroxide amount to 0 g,
What is necessary is just to take the method of assembling to a battery. Specifically, the negative electrode plate
After overcharging in an alkaline aqueous solution, wash with hot water and dry under vacuum.
Or cadmium oxide powder or cadmium hydroxide
Using metal cadmium powder as the active material without using powder
It is only necessary to use a boost type negative electrode plate. In that case, also fill the positive plate
It needs to be in the electrical state.
After charging with an alkaline aqueous solution, wash with hot water and dry,
Oxide, sodium hypochlorite or peroxosulfur
After oxidizing with an oxidizing agent such as potassium acid, wash with hot water and dry
Just take the law. Yet another alternative is to discharge the positive electrode
After assembling the plate and the negative plate into the battery and performing overcharge,
It may be closed. The negative electrode plate used in these methods and
The ratio of the amount of active material in the positive electrode plate may be any value, but
When the battery is discharged after being closed,
In other words, the hydroxide of the negative electrode plate in the discharged state of the battery
The content of Mn is 0.95 times or less by weight of the cathode active material.
ing.   The charging voltage of the battery of the present invention varies greatly,
In the final stage, there is 300-600mV, so the rise of the voltage
It can detect and control charging. For example, the voltage
After charging with a constant current until the rise, the rise in voltage is detected.
To stop charging, or set the voltage to a constant voltage
There is a way.   Also, a quasi-constant voltage method can be applied. Conversely, the present invention uses a constant current
The overcharging method involves the generation of hydrogen gas from the negative electrode plate.
Liquid, resulting in reduced capacity
Absent.   In the embodiment, 1C quick charging of a rectangular battery, which was conventionally difficult, is performed.
However, even if this charging rate was set to 2C, the safety valve
There was no liquid leakage or weight loss.   This function is based on the fact that the battery of the present invention
It is almost unnecessary to generate gas from the positive electrode.
Features that rarely occur and electricity that leads to hydrogen gas generation
Charge control is easy by detecting a sudden rise in position
First created by the rational combination of
It is a thing. In this case, the voltage rise at the end of charging
Because it is three to four times larger than batteries,
There is virtually no need for voltage compensation due to the rise. The invention's effect   As described above, the alkaline battery of the present invention is
3 to 6 times increase in voltage at the end of charging of cadmium batteries
Increase and charge by detecting its voltage rise
Control can be performed with high accuracy, and the charge / discharge cycle
And the decrease in capacity associated therewith is extremely small. Use this feature
With the 1C charging and 2C charging of square batteries
Such quick charging can also be realized with high reliability.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による電池と従来の電池の充放電サイク
ルに伴う容量保持率を比較した図、第2図は、本発明電
池の1CA充放電特性を示した図、第3図は正極板のクー
ロン効率とコバルトの含有率との関係を示した図、第4
図はクーロン効率の異なる正極板の充放電サイクルに伴
う容量保持率の理論変化曲線を示した図、第5図は負極
板の水素発生電位と充電過程の電位との差とニッケルの
含有率との関係を示した図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram comparing the capacity retention ratio of a battery according to the present invention and a conventional battery with charge / discharge cycles, and FIG. 2 is a diagram showing 1CA charge / discharge characteristics of the battery of the present invention. FIG. 3 shows the relationship between the Coulomb efficiency of the positive electrode plate and the cobalt content, and FIG.
The figure shows the theoretical change curve of the capacity retention with the charge / discharge cycle of the positive electrode plate with different Coulomb efficiencies. FIG. 5 shows the difference between the hydrogen generation potential of the negative electrode plate and the potential in the charging process, and the nickel content. FIG.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.ニッケルとコバルトに対するコバルトの含有量が15
〜85wt%の水酸化物を活物質の主体とする正極板と、水
酸化カドミウムおよび金属カドミウムを活物質の主体と
する負極板とからなる電池において、電池の放電状態に
おける負極板の水酸化カドミウムの含有量が重量比で正
極活物質量の0.95以下となることを特徴とする密閉形ア
ルカリ二次電池。 2.負極板がペースト式負極板であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の密閉形アルカリ二次電池。 3.負極板がニッケルを含有しており、その含有率が
{Ni/(Cd+Ni)}×100換算で5wt%以下であることを
特徴とする特許請求の範囲第2項記載の密閉形アルカリ
二次電池。 4.電池の形状が角形であることを特徴とする特許請求
の範囲第1項、第2項又は第3項記載の密閉形アルカリ
二次電池。 5.ニッケルとコバルトに対するコバルトの含有量が15
〜85wt%の水酸化物を活物質の主体とする正極板と、水
酸化カドミウムおよび金属カドミウムを活物質の主体と
する負極板とからなる電池であって、電池の放電状態に
おける負極板の水酸化カドミウムの含有量が重量比で正
極活物質量の0.95以下となる密閉形アルカリ電池の製造
方法において、正極板および負極板を完全充電状態で組
立てることを特徴とする密閉形アルカリ二次電池の製造
方法。 6.ニッケルとコバルトに対するコバルトの含有量が15
〜85wt%の水酸化物を活物質の主体とする正極板と、水
酸化カドミウムおよび金属カドミウムを活物質の主体と
する負極板とからなる電池であって、電池の放電状態に
おける負極板の水酸化カドミウムの含有量が重量比で正
極活物質量の0.95以下となる密閉形アルカリ電池の製造
方法において、放電状態の正極板および負極板を電池に
組立て後、過充電したのち密閉することを特徴とする密
閉形アルカリ電池の製造方法。
(57) [Claims] 15 cobalt content relative to nickel and cobalt
Cadmium hydroxide of a negative electrode plate in a discharged state of a battery in a battery comprising a positive electrode plate mainly composed of an active material mainly composed of hydroxide of about 85 wt% and a negative electrode plate mainly composed of cadmium hydroxide and metal cadmium. Is a sealed alkaline secondary battery, characterized in that the content by weight of the positive electrode active material is 0.95 or less by weight. 2. 2. The sealed alkaline secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode plate is a paste type negative electrode plate. 3. 3. The sealed alkaline secondary battery according to claim 2, wherein the negative electrode plate contains nickel, and its content is 5 wt% or less in terms of {Ni / (Cd + Ni)} × 100. . 4. 4. The sealed alkaline secondary battery according to claim 1, wherein the shape of the battery is rectangular. 5. 15 cobalt content relative to nickel and cobalt
A battery composed of a positive electrode plate mainly containing up to 85 wt% hydroxide of an active material and a negative electrode plate mainly containing cadmium hydroxide and metal cadmium as an active material. A method for manufacturing a sealed alkaline battery in which the content of cadmium oxide is 0.95 or less of the amount of the positive electrode active material by weight, wherein the positive electrode plate and the negative electrode plate are assembled in a fully charged state. Production method. 6. 15 cobalt content relative to nickel and cobalt
A battery composed of a positive electrode plate mainly containing up to 85 wt% hydroxide of an active material and a negative electrode plate mainly containing cadmium hydroxide and metal cadmium as an active material. In a method for manufacturing a sealed alkaline battery in which the content of cadmium oxide is 0.95 or less of the amount of the positive electrode active material by weight, the positive electrode plate and the negative electrode plate in a discharged state are assembled into a battery, then overcharged and then sealed. Of manufacturing a sealed alkaline battery.
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