JP3004241B2 - 水素電池 - Google Patents

水素電池

Info

Publication number
JP3004241B2
JP3004241B2 JP9351981A JP35198197A JP3004241B2 JP 3004241 B2 JP3004241 B2 JP 3004241B2 JP 9351981 A JP9351981 A JP 9351981A JP 35198197 A JP35198197 A JP 35198197A JP 3004241 B2 JP3004241 B2 JP 3004241B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
electrode body
current collector
unit cell
charge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP9351981A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH10223254A (ja
Inventor
清志 光安
優治 佐藤
慎司 鶴田
基 神田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP9351981A priority Critical patent/JP3004241B2/ja
Publication of JPH10223254A publication Critical patent/JPH10223254A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3004241B2 publication Critical patent/JP3004241B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は水素吸蔵合金電極を
内蔵する水素電池に関し、更に詳しくは、充放電サイク
ルの初期段階であっても定格の充放電効率を発現できる
水素電池の素電池構造に関する。 【0002】 【従来の技術】水素吸蔵合金を負極材とする水素電池
は、そのエネルギーと密度が大きいので広く注目を集め
ている。この電池の構造は、概ね、図3に例示したとお
りである。すなわち、例えばステンレス鋼のような導電
材料から成る有底円筒体の負極缶1に、後述する素電池
5が内蔵されており、負極缶1の開口部は電気絶縁性の
キャップ2で液密・気密に封印されている。キャップ2
には正極端子3が配設され、その一端はリード線4を介
して素電池の正極と電気的に接続されている。 【0003】負極缶1に内蔵される素電池5は、水素吸
蔵合金粉末をポリテトラフルオロエチレンのような結着
剤で結着して成る所定気孔率の負極本体のシートにニッ
ケルネットのような集電体を圧着して成る負極5aのシ
ートと、例えばポリプロピレンから成る不織布又は織布
のセパレータ5bのシートと、例えばニッケル酸化物
(NiOOH)を活物質とする正極5cのシートをこの
順序で重ねあわせ、得られた積層シートを負極シートが
外側になるようにして渦巻状に巻回したものである。そ
して電池には、KOHのようなアルカリ電解液が注入さ
れる。この水素電池の場合、まず充電時には負極本体の
水素吸蔵合金の表面で水の電気分解が生起し、発生した
水素は該合金に吸蔵される。また、放電時には、この吸
蔵水素が合金から電解液に放出され電解液中の水酸基と
反応して水を生成する。 【0004】ところで、上記した電気化学反応は、負極
本体が電池の外部回路と電気的に導通していること、を
大前提として成立する反応である。 【0005】したがって、後者の条件の充足のために
は、電解液が負極本体内の気孔部分に円滑に浸透してい
ることが重要である。 【0006】しかしながら、実際問題としては、電解液
の負極本体への浸透速度は極めて遅い。それゆえ、上記
した素電池5を負極缶1に組み込んだのち電解液を注入
しても、得られた水素電池はただちに定格の充放電効率
で動作可能な状態になるわけではなく、組立後、充放電
サイクルを複数回反復して負極本体を活性化させ電解液
を浸透せしめる処理を施し、可及的早期に電池の充放電
効率を定格値に引き上げる処置が行われている。 【0007】しかしながら、この処置を施した場合、電
解液の負極本体への浸透は上記電気化学反応が生起し易
い集電体近傍から進行していく。それゆえ、この集電体
と負極本体との位置関係は重要であり、集電体の配設個
所が不適である場合には、電池の充放電効率の定格値を
充放電サイクルの初期段階で得ることはできない。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した問題
を解消し、充放電サイクルの比較的初期の段階において
も、電池容量が満足のいく水準にまで達することのでき
る水素電池、とりわけ改良された構造の水素電池の提供
を目的とする。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成すべく素電池の構造に関し鋭意研究を進めたとこ
ろ、素電池の最外周の巻回部分を負極のみで形成し、か
つ負極に一体的に添着している集電体をこの部分では外
側に露出させず、さらにこの最外周の負極本体を負極缶
に接するようにした場合には、充放電サイクルの初期段
階から充放電効率の高い電池を得ることができるとの知
見を得、本発明の電池を開発するに到った。 【0010】すなわち、本発明の水素電池は、LaNi
5 系合金のNiの一部をAlで置換した水素吸蔵合金及
び結着剤を必須成分とする負極本体並びに該負極本体に
添着された集電体とから成る負極にセパレータを介し正
極を積層し、得られた積層体を渦巻状に巻回して成る素
電池を負極缶内に内蔵する水素電池において、該素電池
の少なくとも最外周の巻回部分外側表面が、負極本体の
みの表面から成っていて、集電体が露出しておらず、か
つ該最外周の負極本体が該負極缶に接しており、さらに
前記負極本体には導電性粉末が添加されていることを特
徴とする。 【0011】本発明電池の素電池は、負極、セパレー
タ、正極の3種の要素で構成されている。そして、その
うちの負極は負極本体と集電体とから形成されている。 【0012】負極本体は、上記した水素吸蔵合金と結着
剤を必須成分として構成されるが、その導電性を高める
ために上記必須成分の外に更にカーボンブラック、黒鉛
微粉のような導電性粉末が含まれる。また、電極内部へ
の電解液の浸透を促すKOH、LiOHのような添加物
が所定量添加されていてもよい。 【0013】本発明に用いられる水素吸蔵合金は、La
Ni5 系合金のNiの一部をAlで置換したもので、具
体的にはLaNi5 、MmNi5 (ただし、Mmはミッ
シュメタルを表す)又はLmNi5 (LmはLaリッチ
のミッシュメタルを表す)のNiの一部をAlで置換し
たものがあげられる。また、このような合金において、
さらにMn,Fe,Co,Ti,Cu,Zn,Zr,C
rなどの金属で置換した四元系又は五元系の合金も包含
される。これら水素吸蔵合金は通常、平均粒径が100
μm以下の粉末の形で使用に供される。 【0014】結着剤としては、水素吸蔵合金粉末を結着
して電極本体を賦形し、しかも電解液に対し耐性を有
し、かつ適正な撥水性を備えたものであれば何であって
もよいが、とりわけ、水素の吸蔵−放出に伴う水素吸蔵
合金の微粉化が生起しても電極本体の形状を維持しうる
ような結着力を有するものが好適である。具体的には、
ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリオレ
フィン、ポリビニルアルコールのようなものをあげるこ
とができる。 【0015】負極本体は上記2成分を所定量混合し、得
られた混合物にロール成形法などを適用して所定厚みに
シート化することによって製造される。 【0016】この負極本体のシートに集電体が添着され
て負極となる。集電体としては例えばニッケルネットを
あげることができる。添着の態様は様々であるが、例え
ば、上記負極本体のシートの片面に集電体を圧着して一
体化する態様(この場合は、負極本体の片面にのみ集電
体が添着される)、又は、集電体を2枚の負極本体シー
トで挟み全体を加圧して一体化する態様(この場合は、
集電体はシート表面に露出することなくサンドウィッチ
状態で添着されている)をあげることができる。 【0017】また、水素吸蔵合金粉末を、カルボキシメ
チルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル
酸、ポリテトラフルオロエチレンなどの結着剤及び水と
混合してペースト状とし、導電性の集電体に充填又は塗
布し、その後乾燥することにより、負極を形成してもよ
い。 【0018】このようにして得られた負極のシートにセ
パレータを重ね更にその上に正極のシートを重ね合わ
せ、この積層シートを渦巻状に巻回すれば素電池が形成
される。 【0019】本発明電池の素電池は、その最外周の巻回
部分ではその外側表面が負極本体のみから構成されてお
り、かつ、集電体が露出しておらず、さらに最外周の負
極本体が負極缶に接している状態になっている。 【0020】例えば、負極本体の片面にのみ集電体を添
着した負極のシートを用いた場合の、本発明にかかる素
電池の具体例を図1に示す。図1において、5a、5
b、5cがそれぞれ負極、セパレータ、正極を表すこと
は図3の場合と同じである。 【0021】図1で、最外周の部分の外側表面では負極
5aの負極本体5a1 の面のみが露出しており、集電体
5a2 は、負極本体5a1 の内側にあって、負極本体5
1の外側表面に露出することはない。すなわち、最外
周部分では集電体5a2 はセパレータ5bを介して正極
5cと近接して対向している。 【0022】このような配列の素電池を構成するために
は、負極5aをセパレータ5bと重ね合わせる際に、セ
パレータ5bを負極5aの集電体5a2 が存在する側の
面に重ね合わせ、更に正極5cを重ね合わせた後、正極
を内側に包み込むように、すなわち、負極5aの負極本
体5a1 の面が外側になるようにして巻回すればよい。 【0023】この構成の素電池の場合には、最外周部分
も含めて、正極と集電体とは全て電解液が含浸している
セパレータを介して近接して対向しているので、充放電
サイクル時には素電池の全ての個所で負極本体の活性化
が生起することになり初期段階で充放電効率が上昇する
ことになる。 【0024】これとは逆に、正極が外側になるように巻
回した素電池の場合には、それを組込んだとき、素電池
の正極と負極である負極缶とが接触して短絡するので不
都合である。短絡防止のためには、両者の間にセパレー
タを介在せしめればよいが、しかしそれは組立て工程を
煩雑にする。 【0025】また、素電池の最外周巻回部分に集電体が
露出している場合は、最外周部分においては、正極と集
電体との間には、正極側(内側)からみてセパレータ負
極本体が介在している状態で電池が組立てられている。
この状態の場合、電解液を注入しても、電解液は円滑に
負極本体内に浸透して外面の集電体近傍にまで到達しな
い。したがって、充放電サイクル時には、集電体近傍か
ら開始される負極本体の活性化はただちに生起すること
がないため、充放電効率の上昇が初期段階で達成されに
くくなる。 【0026】また、図1には示していないが、素電池の
最外周の負極本体が負極缶に接しているため、負極缶も
集電体としての役割を果たすこととなり、負極本体の水
素吸蔵合金を有効に利用することができる。 【0027】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ詳細に説明する。 【0028】まず、25℃における平衡圧0.4atm
のLaNi4.7 Al0.3 粉末(粒径約20μm)96重
量部とポリテトラフルオロエチレン粉末(粉末約20μ
m)4重量部とを混合し、得られた混合物をロール成形
して厚み0.5mmの負極本体シートを得た。このシー
トの片面に、40メッシュ、厚み0,3mmのニッケル
ネットを重ねた後、プレス圧着して厚み0.55mmの
負極シートにした。 【0029】この負極シートのニッケルネット側の面に
ポリプロピレンから成るセパレータを重ね、更にその上
にニッケル酸化物(NiOOH)を活物質とする正極シ
ートを重ねた。 【0030】この積層シートを、負極シートを外側にし
て巻回して図1に示したような素電池を製造した。 【0031】この素電池をステンレス鋼製の負極缶の中
に収納し、8NのKOHの電解液を注入した後、常法の
とおりの組立て操作を行って単三サイズの水素電池を製
作した。 【0032】比較のため、前述した積層シートの巻回態
様を逆にして正極シートが外側になるような素電池を製
造し、負極缶との間にセパレータを介して収納し同様の
単三サイズの水素電池を製作した。 【0033】これら2種類の水素電池につき充放電サイ
クルテストを行い、そのときの充電容量に対する放電容
量の変化(充放電効率:%)を測定し、その結果を図2
に示した。図中、白丸は本発明電池、白い四角形は比較
例電池である。なお、充放電サイクルテストの条件は、
充電電流200mA、充電時間2.5時間、放電電流2
00mA、放電終了電圧0.9Vであった。 【0034】図2から明らかなように、本発明の水素電
池は充放電サイクルテストの初期段階から高い充放電効
率を示している。 【0035】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
水素電池は、充放電サイクルの初期段階から高い充放電
効率を示す。そのため、水素電池の製造工程において、
電池活性を付与するための充放電サイクル工程を省略し
得る可能性もあるため、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明電池に組込んだ素電池の巻回態様を示
す図。 【図2】 充放電サイクル回数と充放電効率の関係を表
す図。 【図3】 水素電池の構造を例示する縦断面図。 【符号の説明】 1…負極缶 2…キャップ 3…正極端子 4…リード線 5…素電池 5a…負極 5a1 …負極本体 5a2 …集電体 5b…セパレータ 5c…正極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神田 基 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60−130053(JP,A) 特開 昭59−181459(JP,A) 特開 昭60−89066(JP,A) 特開 昭53−103541(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/24,4/38,10/04 H01M 10/24 - 10/30

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.LaNi5 系合金のNiの一部をAlで置換した水
    素吸蔵合金及び結着剤を必須成分とする負極本体並びに
    該負極本体に添着された集電体とから成る負極にセパレ
    ータを介し正極を積層し、得られた積層体を渦巻状に巻
    回して成る素電池を負極缶内に内蔵する水素電池におい
    て、該素電池の少なくとも最外周の巻回部分外側表面
    が、負極本体のみの表面から成っていて、集電体が露出
    しておらず、かつ該最外周の負極本体が該負極缶に接し
    ており、さらに前記負極本体には導電性粉末が添加され
    ていることを特徴とする水素電池。 2.集電体が、素電池の負極本体の内側表面に配設され
    ている特許請求の範囲第1項記載の水素電池。
JP9351981A 1997-12-08 1997-12-08 水素電池 Expired - Lifetime JP3004241B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9351981A JP3004241B2 (ja) 1997-12-08 1997-12-08 水素電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9351981A JP3004241B2 (ja) 1997-12-08 1997-12-08 水素電池

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60139141A Division JPH0763022B2 (ja) 1985-06-27 1985-06-27 水素電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10223254A JPH10223254A (ja) 1998-08-21
JP3004241B2 true JP3004241B2 (ja) 2000-01-31

Family

ID=18420959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9351981A Expired - Lifetime JP3004241B2 (ja) 1997-12-08 1997-12-08 水素電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3004241B2 (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10223254A (ja) 1998-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3527586B2 (ja) アルカリ蓄電池用ニッケル電極の製造法
JPS5937667A (ja) 金属酸化物・水素電池
JP2002025604A (ja) アルカリ二次電池
JP3004241B2 (ja) 水素電池
JPH11162468A (ja) アルカリ二次電池
JP3049854B2 (ja) 密閉形電池
JP3567021B2 (ja) アルカリ二次電池
JP3523775B2 (ja) アルカリ二次電池の製造方法
JP2989877B2 (ja) ニッケル水素二次電池
JP3418721B2 (ja) 密閉形ニッケル・金属水素化物蓄電池
JP3330263B2 (ja) アルカリ二次電池およびその製造方法
JP3168623B2 (ja) 角形金属水素化物蓄電池
JP3182790B2 (ja) 水素吸蔵合金電極およびその製造法
JPH0763022B2 (ja) 水素電池
JP2566912B2 (ja) ニッケル酸化物・水素電池
JPS60167279A (ja) 再充電可能な電気化学装置
JPH10247514A (ja) ニッケル水素二次電池
JP3504350B2 (ja) アルカリ二次電池の製造方法
JP3113534B2 (ja) 非焼結型ニッケル電極およびその製造方法
JP3742149B2 (ja) アルカリ二次電池
JPH1040950A (ja) アルカリ二次電池
JP3568316B2 (ja) 角型アルカリ蓄電池
JP3390494B2 (ja) ニッケル水素二次電池
JP3316687B2 (ja) ニッケル−金属水素化物蓄電池
KR100241864B1 (ko) 알칼리 2차 전지, 페이스트식 전극, 페이스트식 전극의 제조방법 및 알칼리 2차 전지의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term