JP3003218B2 - ニッケル極板の製造法及びアルカリ蓄電池の製造法 - Google Patents
ニッケル極板の製造法及びアルカリ蓄電池の製造法Info
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Description
の製造法に関するものである。ニッケル極板はアルカリ
蓄電池に用いられるものであり、アルカリ蓄電池として
は、ニッケル−亜鉛蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、ニ
ッケル−カドミウム蓄電池などが挙げられる。これらの
蓄電池は、主として、ポータブルエレクトロニクス機器
用電源、可搬用電源、電気自動車やスクーターなどの電
動車両用電源などに用いられている。
が急速に進む中で、その電源として用いられるアルカリ
蓄電池にも軽量化、小形化が要求されている。即ち、ア
ルカリ蓄電池には高エネルギー密度化が要求されてい
る。
には、シンター式、ペースト式、ボタン式、ポケット式
など種々の形式のものが知られている。
ットなどの多孔性基板にニッケル粉末を焼結させてなる
多孔性焼結基板に、水酸化ニッケルを主成分とする正極
活物質の粉末を充填したものである。この極板では、基
板の多孔度を高くすると、焼結されたニッケル粉末の相
互間の結合が弱くなり、ニッケル焼結体の脱落が生じる
ので、実用上の多孔度は80%程度が限界であった。この
ため、活物質充填密度が低く、400mAh/cc程度のエネル
ギー密度しか得られなかった。また、基板の細孔が10μ
m以下と小さいため、正極活物質の充填方法は、繁雑な
工程を繰り返す溶液含浸法に限られていた。
ボン粉末等の導電剤を少量加え、プレスしてペレット状
としたものであり、ポケット式ニッケル極板は、穿孔鋼
板にポケット部を加工して作り、ポケット部の中に上記
正極活物質粉末を充填したものである。これらの極板で
は、正極活物質粉末を直接に充填しており、ニッケル粉
末を焼結した基板を用いてはいないので、集電性が乏し
く、50〜60%の活物質利用率しか得られず、活物質利用
率が90%程度もあるシンター式ニッケル極板に比して性
能が大幅に劣っていた。これを改良するために、上記正
極活物質粉末にニッケルカルボニル粉末のような微細な
粒子を混合することが行なわれている。しかし、これに
よっても、約10%程度だけ性能が向上するにすぎない。
混合したニッケルカルボニル粉末が有効に作用しないの
は、正極充放電電位でニッケルカルボニル粉末の表面に
導電性の悪いニッケル水酸化物が形成されるからであ
る。
〜30wt%のCoO(一酸化コバルト)の粉末を混合し、こ
の混合物をMC(メチルセルロース)、CMC(カルボキシ
メチルセルロース)などの水溶液でペーストとし、これ
をニッケル繊維多孔体に充填したものである。この極板
は、CoOを電解液中に溶解させ、β−Co(OH)2として
上記多孔体及び正極活物質の周囲に析出させ、その後の
充電により化成して導電性の良好なβ−CoOOHからなる
導電性ネットワークを形成し、これにより放電性能を良
好にしたものである。この極板では、上記充電を行なう
前に、電解液を注液した後に1〜3日程度静置するとい
うエージング工程が必要であった。エージング工程を経
ないと、式(I)に示すCoOの溶解反応及び式(II)に
示すβ−Co(OH)2の析出反応が殆んど起こらなくな
り、式(III)、(IV)に示す導電性ネットワークの形
成反応が困難となり、活物質利用率が低下する。
題点があった。
ないので、式(I)の反応は十分には生じない。このた
め、十分な導電性ネットワークを形成するためには、エ
ージング工程を長く行なうか、数サイクルの充放電を繰
り返す必要があり、生産性が悪かった。
として各部に析出するが、セパレータに析出した場合に
はショートを生じやすくなり、また、負極に析出した場
合には、負極が亜鉛極であると、負極において、水素ガ
スが激しく発生し、水素過電圧が低下し、自己放電が増
加する。このため、ニッケル−亜鉛蓄電池に適用する場
合には、ニッケル極板を予め亜鉛極とは別に化成してCo
Oをβ−CoOOHに変換してから蓄電池に組込む必要があっ
た。そのために、製作の工程数を要し、充電のための設
備も必要とした。しかも、化成、水洗などの工程を経る
ので、活物質の脱落や導電性ネットワークの破損が生
じ、活物質量が減少したり、活物質利用率が低下したり
するという問題があった。
β−CoOOHには変換されなくなるので、CoOに基づく電池
性能が安定しては得られなくなる。
極板及びアルカリ蓄電池を製造できる方法を提供するこ
とを目的としている。
ケルを主成分とする正極活物質粉末を耐アルカリ性金属
からなる三次元多孔性の基板に充填し、これをコバルト
イオンを含む溶液中にて酸化剤により酸化したことを特
徴としている。
ケルを主成分とする正極活物質粉末をコバルトイオンを
含む溶液中にて酸化剤により酸化し、これを耐アルカリ
性金属からなる三次元多孔性の基板に充填したことを特
徴としている。
ケルを主成分とする正極活物質粉末をコバルトイオンを
含む溶液中にて酸化剤により酸化し、これにオキシ水酸
化コバルト粉末を混合し、この混合物を耐アルカリ性金
属からなる三次元多孔性の基板に充填したことを特徴と
している。
ないし第3のいずれかのニッケル極板の製造法によりニ
ッケル極板を製造し、亜鉛極と組込むことを特徴として
いる。
ないし第3のいずれかのニッケル極板の製造法によりニ
ッケル極板を製造し、水素極と組込むことを特徴として
いる。
ないし第3のいずれかのニッケル極板の製造法によりニ
ッケル極板を製造し、カドミウム極と組込むことを特徴
としている。
化コバルトが連続して析出するという状況下にて、水酸
化コバルトが析出すると同時に酸化される。このため、
水酸化コバルトに対して酸化剤による酸化反応以外の副
反応が起こることはほとんど無く、従って、水酸化ニッ
ケル粉末の表面にβ−CoOOHを効率良く形成できると共
に、β−CoOOH以外の導電性に寄与しないコバルト化合
物が生じるのを防止でき、導電効率が良好な導電性ネッ
トワークを形成できる。
たニッケル−カドミウム蓄電池の充放電サイクル数と活
物質利用率との関係を示す図、第2図は実施例2及び比
較例1のニッケル極板を用いたニッケル−カドミウム蓄
電池の1サイクル目及び3サイクル目の放電特性を示す
図、第3図は実施例2においてCoOの粒径を異ならせて
なるニッケル極板を用いたニッケル−カドミウム蓄電池
の粒径と活物質利用率との関係を示す図、第4図は実施
例6においてCoOOHの粒径を異ならせてなるニッケル極
板を用いたニッケル−カドミウム蓄電池の粒径と活物質
利用率との関係を示す図、第5図は実施例2においてCo
Oの表面積を異ならせてなるニッケル極板を用いたニッ
ケル−カドミウム蓄電池の表面積と活物質利用率との関
係を示す図、第6図は実施例7及び比較例2、3のニッ
ケル極板をそれぞれ用いたニッケル−亜鉛蓄電池の放電
電圧特性を示す図、第7図は実施例8及び比較例4のニ
ッケル極板をそれぞれ用いたニッケル−水素蓄電池の充
放電サイクル数と活物質利用率との関係を示す図、第8
図は実施例9〜11及び比較例5〜7のニッケル極板をそ
れぞれ用いたペースト式とは異なる形式のニッケル−カ
ドミウム蓄電池の充放電サイクル数と活物質利用率との
関係を示す図、第9図は実施例7、12のニッケル極板を
それぞれ用いたニッケル−亜鉛蓄電池の充放電サイクル
数と放電容量との関係を示す図である。
ル粉末に、粒径1μm、表面積70m2/gのCoO(一酸化コ
バルト)粉末を、重量比95:5の割合で混合した。この混
合は、水酸化カリウムを主体とする比重1.25の水溶液中
にて行ない、充分に攪拌した。
t%CMC(カルボキシメチルセルロース)溶液でペースト
状とし、ニッケル繊維多孔体からなる基板に充填し、80
℃で1時間乾燥後、プレスした。
1.25の水溶液に入れ、K2S2O8(ペルオキソ二硫酸カリウ
ム)を、CoOのモル数以上であって酸素ガスが発生する
まで加えた。反応終了後、充填体を、水洗し、乾燥し、
再度プレスし、表面にテフロンコーティングを行なっ
た。こうしてニッケル極板を得た。
水酸化コバルト、炭酸コバルトなどを用いてもよい。
ル粉末に、粒径1μm、表面積70m2/gのCoO粉末を、重
量比95:5の割合で混合した。この混合は、水酸化カリウ
ムを主体とする比重1.25の水溶液中にて行ない、充分に
攪拌した。
あって酸素ガスが発生するまで加えた。
燥した後、2wt%CMC溶液でペースト状とし、ニッケル繊
維多孔体からなる基板に充填し、80℃で1時間乾燥後、
プレスし、表面にテフロンコーティングを行なった。こ
うしてニッケル極板を得た。
水酸化コバルト、炭酸コバルトなどを用いてもよい。
ル粉末を、2wt%CMC溶液でペースト状とし、ニッケル繊
維多孔体からなる基板に充填し、80℃で1時間乾燥後、
プレスした。
しており水酸化カリウムを主体とする比重1.25の水溶液
中に入れ、K2S2O8をコバルトイオンのモル数以上であっ
て酸素ガスが発生するまで加えた。反応終了後、充填体
を、水洗し、乾燥し、プレスし、表面にテフロンコーテ
ィングを行なった。こうしてニッケル極板を得た。
ル粉末を、コバルトイオンを飽和状態で溶解しており水
酸化カリウムを主体とする比重1.25の水溶液中に入れ、
K2S2O8をコバルトイオンのモル数以上であって酸素ガス
が発生するまで加えた。
2wt%CMC溶液でペースト状とし、ニッケル繊維多孔体か
らなる基板に充填し、80℃で1時間乾燥後、プレスし、
表面にテフロンコーティングを行なった。こうしてニッ
ケル極板を得た。
ル粉末に、粒径1μmのCoOOH粉末を、重量比95:5の割
合で混合した。
t%CMC溶液でペースト状とし、ニッケル繊維多孔体から
なる基板に充填し、80℃で1時間乾燥後、プレスし、表
面にテフロンコーティングを行なった。こうしてニッケ
ル極板を得た。
ル粉末を、コバルトイオンを飽和状態で溶解しており水
酸化カリウムを主体とする比重1.25の水溶液中に入れ、
K2S2O8をコバルトイオンのモル数以上であって酸素ガス
が発生するまで加えた。
られた粉末に、粒径1μmのCoOOH粉末を、重量比95:5
の割合で混合した。
t%CMC溶液でペースト状とし、ニッケル繊維多孔体から
なる基板に充填し、80℃で1時間乾燥後、プレスし、表
面にテフロンコーティングを行なった。こうしてニッケ
ル極板を得た。
ル粉末に、粒径1μm、表面積70m2/gのCoO粉末を、重
量比95:5の割合で混合した。この混合は、水酸化カリウ
ムを主体とする比重1.25の水溶液中にて行ない、充分に
攪拌した。
t%CMC溶液でペースト状とし、ニッケル繊維多孔体から
なる基板に充填し、80℃で1時間乾燥後、プレスし、表
面にテフロンコーティングを行なった。こうしてニッケ
ル極板を得た。
極板を、それぞれ正極として用い、ペースト式カドミウ
ム極板からなる負極、及びポリアミド系不織布からなる
セパレータと組合せて、公称容量2.0Ahのニッケル−カ
ドミウム蓄電池A1〜A6及びB1を組立てた。なお、蓄電池
A1〜A6はそれぞれ実施例1〜6のニッケル極板を用いた
ものを示し、蓄電池B1は比較例1のニッケル極板を用い
たものを示す。電解液としては、水酸化カリウムを主体
とする比重1.25の水溶液を用いた。電解液は、正極、負
極、及びセパレータの90%を満たす量だけ注液した。な
お、蓄電池B1は、電解液を注液後、エージング工程を行
ない、充電により化成している。
物質利用率との関係を調べた。なお、充電条件は充電電
流0.1CAで11時間、放電条件は放電電流0.2CAとした。第
1図はその結果を示す。
サイクル目の放電特性を調べた。なお、充放電条件は上
記と同じとした。第2図はその結果を示す。
ル目から高い活物質利用率を示しているが、蓄電池B1で
は初期サイクルにおける活物質利用率は低く、その安定
化まで3サイクル程度を要している。また、第2図から
わかるように、蓄電池A2では、1サイクル目から放電容
量が一定である。これは、次の理由による。即ち、蓄電
池A1〜A6では、CoOやコバルトイオンが酸化剤であるK2S
2O8により酸化されて導電性の良好なβ−CoOOHとなっ
て、正極活物質である水酸化ニッケル粉末の表面に形成
され、正極活物質相互間や正極活物質と基板との間の導
電効率を良好とする導電性ネットワークが形成されるか
らであるが、蓄電池B1では、充電による化成を行なった
時、初期においては、CoOが完全にはβ−CoOOHとならい
ために、導電効率が低く、充放電反応が不十分となるか
らである。なお、蓄電池A1、A2のニッケル極板では、正
極活物質粉末とCoO粉末との混合がアルカリ水溶液中で
行なわれているので、両者は非常に均一に混合される。
このため、β−CoOOHは、正極活物質粉末の表面を覆っ
て形成され、即ち正極活物質粉末を被覆して形成され、
上記導電効率をより良好とする導電性ネットワークが形
成されることとなる。従って、蓄電池A1、A2の活物質利
用率はより高いものとなっている。
に放置した後に使用しても、上記と同様の効果が得られ
た。これは、CoOやコバルトイオンが既に酸化剤によっ
て酸化されたβ−CoOOHとなっているからである。
とし、それぞれ実施例2と同様にしてニッケル極板を形
成した。また、用いるCoOOHの粒径を10μm、50μm、1
00μmとし、それぞれ実施例6と同様にしてニッケル極
板を形成した。これらのニッケル極板をそれぞれ用いて
上記と同様の蓄電池を形成し、充放電を数サイクル行な
った後の安定した活物質利用率を調べた。第3図及び第
4図はその結果を示す。第3図からわかるように、CoO
は粒径が20μmを越えると活物質利用率が低くなり、ま
た、第4図からわかるように、CoOOHは粒径が50μmを
越えると活物質利用率が低くなる。従って、用いるCoO
は粒径が20μm以下であるものが好ましく、また、用い
るCoOOHは粒径が50μm以下であるものが好ましい。
g、100m2/gとし、それぞれ実施例2と同様にしてニッケ
ル極板を形成した。これらのニッケル極板をそれぞれ用
いて上記と同様の蓄電池を形成し、充放電を数サイクル
行なった後の安定した活物質利用率を調べた。第5図は
その結果を示す。第5図からわかるように、CoOの表面
積が10m2/gより小さいと、活物質利用率が低くなる。従
って、用いるCoOは表面積が10m2/g以上であるものが好
ましい。
を得た。なお、水酸化カリウムを主体とする水溶液とし
ては、比重1.35のものを用いた。
板からなる負極、セルロース系不織布からなる保液紙、
及び微孔性ポリプロピレンからなるセパレータと組合わ
せて、公称容量2.0Ahのニッケル−亜鉛蓄電池A7を組立
てた。電解液としては、水酸化カリウムを主体とする比
重1.35の水溶液を用いた。電解液は、正極、負極、保液
紙、及びセパレータの90%を満たす量だけ注液した。
実施例7と同じ電解液中に浸漬してエージング工程を行
ない、充電して化成した後に、実施例7と同様にして電
池に組込んで、ニッケル−亜鉛蓄電池B2を形成した。
て電池に組込み、その後にエージング工程を行ない、充
電して化成して、ニッケル−亜鉛蓄電池B3を形成した。
い、放電電圧特性を調べた。なお、充電条件は充電電流
3Aで11時間、放電条件は放電電流6Aとした。その結果を
第6図に示す。また、40℃で20日間放置した場合の自己
放電量を第1表に示す。
電池B2、B3に比して、放電電圧特性及び自己放電量が共
に優れている。この理由は、蓄電池A1〜A6の場合と同様
であるとともに、亜鉛極の自己放電性能が次の理由によ
り優れているからである。即ち、(1)β−CoOOHは可
逆性が殆んどないこと、(2)CoOの残存量が極めて少
ないこと、(3)β−CoOOHに至るまでの中間生成物の
溶出による亜鉛極への悪影響がないこと。
置した後に使用しても、上記と同様の効果が得られた。
を正極として用い、ペースト式水素吸蔵極板からなる負
極、ポリアミド系不織布からなるセパレータと組合せ
て、公称容量2.0Ahのニッケル−水素蓄電池A8を組立て
た。上記水素吸蔵極板に用いる水素吸蔵合金は、MmNi
4.2Al0.3Co0.5からなるものである。なお、Mmは希土類
元素の混合物であるミッシュメタルである。電解液とし
ては、水酸化カリウムを主体とする比重1.26の水溶液を
用いた。電解液は、正極、負極、及びセパレータの90%
を満たす量だけ注液した。
て電池に組込み、その後にエージング工程を行ない、充
電して化成して、ニッケル−水素蓄電池B4を形成した。
利用率との関係を調べた。充電条件は充電電流300mAで1
0.5時間、放電条件は放電電流600mAで終止電圧1.00Vと
した。第7図はその結果を示す。
から高い活物質利用率を示している。この理由は、蓄電
池A1〜A6の場合と同じである。
タン式のニッケル極板を形成し、これらを用いて、ニッ
ケル−カドミウム蓄電池A9、A10、A11を形成した。
形成し、これを用いて、ニッケル−カドミウム蓄電池B5
を形成した。また、水酸化カドミウムを5wt%含有した
球状水酸化ニッケル粉末に、ニッケルカルボニル粉末を
混合し、この混合物を用いて、ポケット式、ボタン式の
ニッケル極板を形成し、これらを用いて、ニッケル−カ
ドミウム蓄電池B6、B7を形成した。
数と活物質利用率との関係を調べた。なお、充電条件は
充電電流0.1CAで11時間、放電条件は放電電流0.2CAとし
た。第8図はその結果を示す。
イクル目から高い活物質利用率を示している。この理由
は蓄電池A1〜A6の場合と同じである。
る基板を、硫酸二アンモニウムコバルト、塩化アンモニ
ウム、塩化ナトリウムなどを含有するめっき浴中に浸漬
してめっき処理し、上記基板に0.1〜0.3μmのコバルト
めっきを施した。
状の混合物を得、これを、コバルトめっきされた上記基
板に充填し、80℃で1時間乾燥後、プレスし、表面にテ
フロンコーティングを行なって、ニッケル極板を得た。
称容量10Ahのニッケル−亜鉛蓄電池A12を形成した。
量との関係を調べた。なお、充電条件は充電電流0.1CA
で11時間、放電条件は放電電流0.2CAとした。第9図は
その結果を示す。
寿命となったのに対し、蓄電池A12は300サイクルで寿命
となった。これは、基板のコバルトめっきが1回の充放
電で不可逆なCoOOHに変化し、基板と正極活物質との間
の導電効率を、蓄電池A7に比して、より向上させたから
である。
ば、1サイクル目から活物質利用率が高く、放電特性に
優れたニッケル極板、ひいては、アルカリ蓄電池を提供
することができる。また、本発明の方法によれば、エー
ジング工程や化成のための充放電が不要であるので、生
産性は良好となる。また、β−CoOOHに至るまでの中間
生成物が、ショートの原因となったり、亜鉛極に悪影響
を与えたりすることはなく、更に、CoOの残存量も少な
いので、安定した性能を有するニッケル−亜鉛蓄電池な
どのアルカリ蓄電池を提供することができる。
としては、実施例1、3〜6と同様の方法で形成したニ
ッケル極板を用いてもよい。
〜6と同様の方法で形成するニッケル極板に適用しても
よい。
また、ニッケル以外の耐アルカリ性金属を用いてもよ
い。
どを用いてもよい。
く、放電特性に優れたニッケル極板、ひいては、アルカ
リ蓄電池を、生産性良く提供できるので、利用価値は大
である。
Claims (10)
- 【請求項1】水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質
粉末を耐アルカリ性金属からなる三次元多孔性の基板に
充填し、これをコバルトイオンを含む溶液中にて酸化剤
により酸化したことを特徴とするニッケル極板の製造
法。 - 【請求項2】水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質
粉末をコバルトイオンを含む溶液中にて酸化剤により酸
化し、これを耐アルカリ性金属からなる三次元多孔性の
基板に充填したことを特徴とするニッケル極板の製造
法。 - 【請求項3】水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質
粉末をコバルトイオンを含む溶液中にて酸化剤により酸
化し、これにオキシ水酸化コバルト粉末を混合し、この
混合物を耐アルカリ性金属からなる三次元多孔性の基板
に充填したことを特徴とするニッケル極板の製造法。 - 【請求項4】オキシ水酸化コバルトは粒径が50μm以下
のものである請求項3記載のニッケル極板の製造法。 - 【請求項5】基板がコバルトめっきされている請求項
1、2、又は3記載のニッケル極板の製造法。 - 【請求項6】基板は繊維多孔体又は発泡体である請求項
1、2、又は3記載のニッケル極板の製造法。 - 【請求項7】酸化剤は、K2S2O8、Na2S2O8、(NH4)S
2O8、又はH2O2である請求項1、2、又は3記載のニッ
ケル極板の製造法。 - 【請求項8】請求項1、2、又は3記載の方法によりニ
ッケル極板を製造し、亜鉛極と組込むことを特徴とする
アルカリ蓄電池の製造法。 - 【請求項9】請求項1、2、又は3記載の方法によりニ
ッケル極板を製造し、水素極と組込むことを特徴とする
アルカリ蓄電池の製造法。 - 【請求項10】請求項1、2、又は3記載の方法により
ニッケル極板を製造し、カドミウム極と組込むことを特
徴とするアルカリ蓄電池の製造法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5507606A JP3003218B2 (ja) | 1991-10-21 | 1992-10-20 | ニッケル極板の製造法及びアルカリ蓄電池の製造法 |
Applications Claiming Priority (4)
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---|---|---|---|
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JP30232491 | 1991-10-21 | ||
JP5507606A JP3003218B2 (ja) | 1991-10-21 | 1992-10-20 | ニッケル極板の製造法及びアルカリ蓄電池の製造法 |
PCT/JP1992/001359 WO1993008611A1 (en) | 1991-10-21 | 1992-10-20 | Method for production of nickel plate and alkali storage battery |
Publications (1)
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---|---|
JP3003218B2 true JP3003218B2 (ja) | 2000-01-24 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP5507606A Expired - Lifetime JP3003218B2 (ja) | 1991-10-21 | 1992-10-20 | ニッケル極板の製造法及びアルカリ蓄電池の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3003218B2 (ja) |
-
1992
- 1992-10-20 JP JP5507606A patent/JP3003218B2/ja not_active Expired - Lifetime
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