JP3070081B2 - Sealed alkaline storage battery - Google Patents

Sealed alkaline storage battery

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JP3070081B2
JP3070081B2 JP2241529A JP24152990A JP3070081B2 JP 3070081 B2 JP3070081 B2 JP 3070081B2 JP 2241529 A JP2241529 A JP 2241529A JP 24152990 A JP24152990 A JP 24152990A JP 3070081 B2 JP3070081 B2 JP 3070081B2
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hydrogen storage
battery
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negative electrode
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利雄 村田
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日本電池株式会社
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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に関するものであ
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sealed alkaline storage battery.

従来の技術 アルカリ蓄電池の負極に用いる水素吸蔵電極は、水素
吸蔵合金を備えている。この水素吸蔵合金には、LaNi5
やTiMn2などの金属間化合物があり、これらの合金の成
分元素の一部を、そのほかの元素で置換することや、化
学量論数を変化させることによって、これらの合金の水
素吸蔵量を変化させたり、これらの金属水素化物の平衡
水素圧を変化させたり、アルカリ電解液中における合金
の耐食性を向上させて、電極に用いられている。
2. Description of the Related Art A hydrogen storage electrode used as a negative electrode of an alkaline storage battery includes a hydrogen storage alloy. This hydrogen storage alloy contains LaNi 5
And there are intermetallic compounds such as TiMn 2, a part of the component elements of these alloys, and be replaced by other elements, by varying the stoichiometry number, changing the hydrogen storage capacity of these alloys It has been used for electrodes by changing the equilibrium hydrogen pressure of these metal hydrides and improving the corrosion resistance of alloys in alkaline electrolytes.

この電極の従来の製造方法の1つとして、上記の水素
吸蔵合金の粉末を、パンチングメタルや発泡ニッケルな
どの導電性支持体に保持させ、ポリビニルアルコール、
フッ素樹脂、アクリル−スチレン樹脂などの耐アルカリ
性高分子で結合するものがある。
As one of the conventional manufacturing methods of this electrode, a powder of the above-mentioned hydrogen storage alloy is held on a conductive support such as punched metal or foamed nickel, and polyvinyl alcohol,
Some are bonded with an alkali-resistant polymer such as a fluororesin or an acrylic-styrene resin.

この負極と、水酸化ニッケル電極などの正極と、水酸
化カリウムなどのアルカリ電解液とを用いて、アルカリ
蓄電池が構成される。
The negative electrode, a positive electrode such as a nickel hydroxide electrode, and an alkaline electrolyte such as potassium hydroxide constitute an alkaline storage battery.

水素吸蔵電極を用いるアルカリ蓄電池では、水素吸蔵
電極の放電容量が、同じ体積のカドミウム電極の2倍程
度に達する。したがって、たとえば、水素吸蔵電極の容
量がカドミウム電極の容量の1.5倍程度になるように、
水素吸蔵電極の体積を減少させ、その体積の減少分だけ
正極の体積を増加させて、正極の容量を1.5倍程度に増
加させることによって、ニッケル・金属水素化物電池の
場合には、その容量を、同じ体積のニッケル・カドミウ
ム電池の1.5倍程度に増加させることができる。
In an alkaline storage battery using a hydrogen storage electrode, the discharge capacity of the hydrogen storage electrode reaches about twice that of a cadmium electrode having the same volume. Therefore, for example, so that the capacity of the hydrogen storage electrode is about 1.5 times the capacity of the cadmium electrode,
In the case of a nickel metal hydride battery, the capacity of the nickel-metal hydride battery is reduced by reducing the volume of the hydrogen storage electrode, increasing the volume of the positive electrode by the reduced volume, and increasing the capacity of the positive electrode by about 1.5 times. However, it can be increased to about 1.5 times that of nickel-cadmium batteries of the same volume.

そして、水素吸蔵電極を負極に用いてアルカリ蓄電池
を構成する場合には、電池を次のように構成して密閉化
を達成している。
When an alkaline storage battery is configured using a hydrogen storage electrode as a negative electrode, the battery is configured as follows to achieve hermetic sealing.

まず、過充電時については次の通りである。すなわ
ち、正極の充電可能容量を負極の充電可能容量よりも小
さくして、正極の充電が負極よりも先に終わるようにす
る。この密閉電池を過充電すると、水が電解されて正極
から発生する酸素ガスが負極の表面で電気化学的に還元
されて水を生成するので、電池内に酸素ガスの蓄積が起
こらず、電解液の量も変化しない。そして、負極では、
過充電時に酸素ガスの還元反応が起こって、負極の充電
が停止するので、負極の充電が終わって水素ガスが発生
することが防止され、電池内に水素ガスの蓄積が起こら
ない。従って、電池を過充電しても、電池内にガスが蓄
積して内圧が著しく増加することがなく、電池の密閉系
が保持される。これとは逆に、負極の充電が正極よりも
先に終わるように電池を構成すると、過充電時に負極か
ら水素ガスが発生するが、水素ガスが正極で電解酸化さ
れる速度は著しく小さいので、電池内の水素ガスの蓄積
を効果的に防ぐことが困難である。従って、実用形の密
閉型蓄電池では、正極の充電が負極の充電よりも先に終
わるように構成している。
First, the case of overcharging is as follows. That is, the chargeable capacity of the positive electrode is made smaller than the chargeable capacity of the negative electrode so that the charge of the positive electrode ends earlier than the charge of the negative electrode. When this sealed battery is overcharged, water is electrolyzed, and oxygen gas generated from the positive electrode is electrochemically reduced on the surface of the negative electrode to generate water. Does not change. And in the negative electrode,
Since a reduction reaction of oxygen gas occurs during overcharging and charging of the negative electrode is stopped, generation of hydrogen gas after charging of the negative electrode is prevented, and accumulation of hydrogen gas in the battery does not occur. Therefore, even if the battery is overcharged, the gas does not accumulate in the battery and the internal pressure does not increase significantly, and the closed system of the battery is maintained. Conversely, if the battery is configured so that the charging of the negative electrode ends earlier than the positive electrode, hydrogen gas is generated from the negative electrode during overcharge, but the rate at which hydrogen gas is electrolytically oxidized at the positive electrode is extremely small. It is difficult to effectively prevent accumulation of hydrogen gas in the battery. Therefore, in a practical sealed battery, charging of the positive electrode is completed before charging of the negative electrode.

このような過充電時の密閉化の原理は、密閉型のニッ
ケル・カドミウム電池と同じである。そして、この電池
の構成は、正極の充電可能な容量を負極の充電可能な容
量よりも小さくすることで実現できる。
The principle of sealing during overcharging is the same as that of a sealed nickel-cadmium battery. This battery configuration can be realized by making the chargeable capacity of the positive electrode smaller than the chargeable capacity of the negative electrode.

次に過放電時については次の通りである。すなわち、
正極活物質の放電可能容量を負極の放電可能容量よりも
小さくして、正極の放電が負極よりも先に終わるように
する。この密閉電池を過放電すると、水が電解されて正
極から発生する水素ガスが負極の表面で電気化学的に酸
化されて水を生成するので、電池内に水素ガスの蓄積が
起こらず、電解液の量も変化しない。そして、負極で
は、過放電時に水素ガスの酸化反応が起こって、負極の
放電が停止するので、負極の放電が終わって酸素ガスが
発生することが防止され、電池内に酸素ガスの蓄積が起
こらない。従って、電池を過放電しても、電池内にガス
が蓄積して内圧が著しく増加することがなく、電池の密
閉系が保持される。これとは逆に、負極の放電が正極よ
りも先に終わるように電池を構成すると、過放電時に負
極から酸素ガスが発生するが、酸素ガスが正極で電解還
元される速度は著しく小さいので、電池内の酸素ガスの
蓄積を効果的に防ぐことが困難である。従って、実用形
の密閉型蓄電池では、正極の放電が負極の放電よりも先
に終わるように構成している。
Next, overdischarge is as follows. That is,
The dischargeable capacity of the positive electrode active material is made smaller than the dischargeable capacity of the negative electrode, so that the discharge of the positive electrode ends before the negative electrode. When the sealed battery is over-discharged, water is electrolyzed and hydrogen gas generated from the positive electrode is electrochemically oxidized on the surface of the negative electrode to generate water. Does not change. At the negative electrode, the oxidation reaction of the hydrogen gas occurs at the time of overdischarge, and the discharge of the negative electrode stops. Therefore, the discharge of the negative electrode is stopped and the generation of oxygen gas is prevented, and the accumulation of oxygen gas in the battery occurs. Absent. Therefore, even if the battery is over-discharged, the gas does not accumulate in the battery and the internal pressure does not increase significantly, and the closed system of the battery is maintained. Conversely, if the battery is configured such that the discharge of the negative electrode ends earlier than the positive electrode, oxygen gas is generated from the negative electrode during overdischarge, but the rate at which oxygen gas is electrolytically reduced at the positive electrode is extremely small. It is difficult to effectively prevent accumulation of oxygen gas in the battery. Accordingly, in a practical sealed battery, the discharge of the positive electrode is configured to end before the discharge of the negative electrode.

もしも、過充電時や過放電時にガス吸収反応が十分大
きい速度で起こらない場合には、アルカリ電解液中の水
の電気分解によって発生したガスが電池内に蓄積して、
電池の内圧が著しく上昇し、安全弁が作動して、電池内
のガスが放出される。このようなことを繰り返すと、水
の電気分解によって生成したガスが電池系外に去るので
あるから、電池内の電解液量が著しく減少して、電池の
充放電が困難になり、電池の充放電サイクル寿命が著し
く短くなる。特に、このような過放電時の密閉化の原理
は、水素吸蔵電極もしくは水素ガス拡散電極を負極に用
いる密閉型アルカリ蓄電池に特有のものである。
If the gas absorption reaction does not occur at a sufficiently high rate during overcharge or overdischarge, gas generated by electrolysis of water in the alkaline electrolyte accumulates in the battery,
The internal pressure of the battery rises significantly, the safety valve operates, and the gas in the battery is released. If this is repeated, the gas generated by the electrolysis of water will leave the battery system, so the amount of electrolyte in the battery will decrease significantly, making it difficult to charge and discharge the battery. Discharge cycle life is significantly shortened. In particular, such a principle of hermetic sealing during overdischarge is peculiar to a sealed alkaline storage battery using a hydrogen storage electrode or a hydrogen gas diffusion electrode as a negative electrode.

なお、水素吸蔵電極の場合に、高率放電時や、低温で
放電する場合に放電が困難な水素の量が増加して、放電
容量が減少する。このような場合に、負極の放電が正極
よりも先に終わって、負極の水素吸蔵電極が過放電され
て酸素ガスが発生すると、水素吸蔵合金の表面がアノー
ド酸化されて不活性になり、それ以後の充放電が困難に
なる不都合が発生する。従って、負極に水素吸蔵電極を
備える密閉形アルカリ蓄電池を密閉化して、電池の放電
を正極で制限し、負極が過放電されないように構成する
ことは、この不都合を防ぐためにも有用なことである。
In the case of a hydrogen storage electrode, the amount of hydrogen that is difficult to discharge at high-rate discharge or low-temperature discharge increases, and the discharge capacity decreases. In such a case, when the discharge of the negative electrode ends earlier than the positive electrode and the hydrogen storage electrode of the negative electrode is over-discharged and oxygen gas is generated, the surface of the hydrogen storage alloy is anodized and becomes inactive. The inconvenience that charging / discharging thereafter becomes difficult occurs. Accordingly, it is useful to prevent this inconvenience by enclosing the sealed alkaline storage battery provided with the hydrogen storage electrode on the negative electrode and limiting the discharge of the battery by the positive electrode so that the negative electrode is not over-discharged. .

発明が解決しようとする課題 水素吸蔵電極を負極に用いる密閉式アルカリ蓄電池に
おいて、上述のように、正極の放電が負極の放電よりも
先に終わるように電池を構成する手段としては、次のよ
うにいくつかの方法が提案されているが、それぞれ問題
点がある。
Problems to be Solved by the Invention In a sealed alkaline storage battery using a hydrogen storage electrode as a negative electrode, as described above, means for configuring the battery so that discharge of the positive electrode ends before discharge of the negative electrode include the following. Some methods have been proposed, but each has its own problems.

その第1の手段は、電池を構成する前に、水素吸蔵電
極を予め充電しておく方法であり、具体的には、水素吸
蔵電極の水素吸蔵合金に、一定量の気相の水素ガスを吸
蔵させたり、水素吸蔵電極を電解液中で部分的に充電し
ておく方法である。これらの方法には、次のような問題
点がある。すなわち、気相の水素ガスを吸蔵させる場合
には、水素吸蔵電極に均一に水素ガスを吸蔵させること
が困難であり、また、吸蔵時に水素ガスを加圧し加熱す
る必要があるので、作業に危険をともなう。また、水素
吸蔵電極を部分的に充電する場合には、電池を組み立て
る前に、この電極を洗浄して乾燥する必要があるが、そ
の際に電極中の水素が放出されて、吸蔵量を制御するこ
とが困難である。
The first means is a method in which the hydrogen storage electrode is charged in advance before forming the battery. Specifically, a fixed amount of gaseous hydrogen gas is supplied to the hydrogen storage alloy of the hydrogen storage electrode. This is a method in which occlusion is performed or a hydrogen storage electrode is partially charged in an electrolytic solution. These methods have the following problems. That is, when hydrogen gas in the gas phase is occluded, it is difficult to uniformly store the hydrogen gas in the hydrogen storage electrode, and it is necessary to pressurize and heat the hydrogen gas at the time of occlusion. With Also, when partially charging the hydrogen storage electrode, it is necessary to wash and dry the electrode before assembling the battery. At that time, the hydrogen in the electrode is released, and the storage amount is controlled. Is difficult to do.

第2の手段は、アルカリ電解液に還元剤を添加して、
これらの還元剤の酸化にともなって負極が充電される現
象を利用する方法であり、具体的には、ヒドラジンやア
ルコールを添加するものがある。これらの方法では、添
加する還元剤の量を制御して、負極の過剰放電量を容易
に制御できる点で優れるが、還元剤の酸化生成物が電池
に種種の悪影響をもたらす。すなわち、ヒドラジンの酸
化生成物である窒素化合物は、ニッケル・カドミウム電
池と同様の「シャトル機構」による自己放電を促進する
原因となる。また、アルコールは酸化されて多量の炭酸
根を生成し、これは、正極の水酸化ニッケル電極の導電
性骨格である金属ニッケルの腐食を促進したり、水酸化
ニッケルの不活性化の原因になる。
The second means is to add a reducing agent to the alkaline electrolyte,
This is a method utilizing the phenomenon that the negative electrode is charged as the reducing agent is oxidized. Specifically, there is a method in which hydrazine or alcohol is added. These methods are excellent in that the amount of the reducing agent to be added can be controlled to easily control the excess discharge amount of the negative electrode, but the oxidation products of the reducing agent have various adverse effects on the battery. That is, the nitrogen compound, which is an oxidation product of hydrazine, promotes self-discharge by the “shuttle mechanism” similar to the nickel-cadmium battery. In addition, alcohol is oxidized to generate a large amount of carbonate, which promotes corrosion of metallic nickel, which is a conductive skeleton of the nickel hydroxide electrode of the positive electrode, and causes inactivation of nickel hydroxide. .

第3の手段は、アルカリ水溶液中で電気化学的に水素
電極電位よりも卑な金属を水素吸蔵電極中に担持し、水
素吸蔵電極がアルカリ電解液に接した際に、この卑な金
属の酸化反応にともなって、局部電池機構によって、水
素吸蔵電極を部分的に充電されるものである。具体的に
は、亜鉛などの卑金属を担持させることが提案されてい
る。この方法には、次の不都合がある。すなわち、水素
吸蔵合金は水素過電圧が低く、しかも、充放電していな
い水素吸蔵合金の充電反応の過電圧が高いので、この卑
金属を担持した水素吸蔵電極がアルカリ電解液に接触す
ると、水素吸蔵合金の充電反応だけではなく、水素吸蔵
極金からの水素ガスの発生がおこり、部分的に充電する
電気量を正確に制御できない。
The third means is to support a metal that is electrochemically lower than the hydrogen electrode potential in the aqueous alkaline solution in the hydrogen storage electrode, and oxidize the base metal when the hydrogen storage electrode comes into contact with the alkaline electrolyte. With the reaction, the hydrogen storage electrode is partially charged by the local battery mechanism. Specifically, it has been proposed to support a base metal such as zinc. This method has the following disadvantages. In other words, the hydrogen storage alloy has a low hydrogen overvoltage, and the overcharge of the hydrogen storage alloy that has not been charged / discharged has a high overvoltage. Therefore, when the hydrogen storage electrode supporting the base metal comes into contact with the alkaline electrolyte, the hydrogen storage alloy has a low hydrogen overvoltage. Not only the charging reaction, but also the generation of hydrogen gas from the hydrogen storage electrode makes it impossible to accurately control the amount of electricity to be partially charged.

第4の手段は、金属コバルトや水酸化コバルトを備え
る非焼結式水酸化ニッケル電極を正極に用いるものであ
り、電池を充電する際に正極の金属コバルトや水酸化コ
バルトが3価のコバルト酸化物に不可逆的に酸化される
現象を利用するもので、その際に、正極の活物質の充電
が起こらずに、負極が部分的に充電される。この方法
は、負極な部分的な充電量の制御が容易である点で優れ
ている。しかし、金属コバルトや水酸化コバルトは焼結
式水酸化ニッケル電極の活物質含浸工程では、容易に酸
化されるので、焼結式水酸化ニッケル電極を正極に用い
る場合には、この方法は適用できない欠点がある。
A fourth means is to use a non-sintered nickel hydroxide electrode provided with metal cobalt or cobalt hydroxide for the positive electrode. When charging the battery, the metal cobalt or cobalt hydroxide of the positive electrode becomes trivalent cobalt oxide. This utilizes the phenomenon of irreversibly oxidizing a substance, in which case the negative electrode is partially charged without charging the active material of the positive electrode. This method is excellent in that it is easy to control the partial charge amount of the negative electrode. However, since cobalt metal or cobalt hydroxide is easily oxidized in the active material impregnation step of the sintered nickel hydroxide electrode, this method cannot be applied when the sintered nickel hydroxide electrode is used for the positive electrode. There are drawbacks.

第5の手段は、負極の容量を正極の容量よりも大きく
し、電池を開放した状態で正極から酸素ガスが発生する
に到るまで充電してから電池を密閉するものである。こ
の場合には、電池が開放状態で正極が過充電されて、正
極から発生する酸素ガスの少なくとも一部が、負極で電
解還元されることなく電池系外に放出されるので、負極
は、その放出された酸素の還元に要する電気量だけ正極
よりも過剰に充電される。従って、正極の放電容量を負
極の放電容量よりも小さくすることが可能になる。この
方法は、添加物を必要とせず、また電極の種類に関わら
ず適用できる点で有利であるが、開放状態で電池を過充
電する際に、負極における酸素ガス還元反応の効率を制
御することが困難であるから、電池系外に放出される酸
素ガスの制御が困難であり、負極の過剰放電量の制御が
困難であるという欠点がある。
The fifth means is to make the capacity of the negative electrode larger than the capacity of the positive electrode, charge the battery while the battery is open until oxygen gas is generated from the positive electrode, and then seal the battery. In this case, the positive electrode is overcharged while the battery is open, and at least a portion of the oxygen gas generated from the positive electrode is released outside the battery system without being electrolytically reduced by the negative electrode. It is charged more than the positive electrode by the amount of electricity required to reduce the released oxygen. Therefore, the discharge capacity of the positive electrode can be made smaller than the discharge capacity of the negative electrode. This method is advantageous in that it does not require any additives and can be applied regardless of the type of electrode.However, when overcharging the battery in an open state, it is necessary to control the efficiency of the oxygen gas reduction reaction at the negative electrode. Therefore, it is difficult to control the oxygen gas discharged outside the battery system, and it is difficult to control the excessive discharge amount of the negative electrode.

以上に述べたように、水素吸蔵電極を負極に用いる密
閉形アルカリ蓄電池において、正極の放電が負極の放電
よりも先に終わるように構成する際に、負極の過剰放電
量の制御が容易で、作業上の危険が少なく、自己放電や
電池構成要素の不活性化を招く不純物を生成することな
く、しかも、正極に焼結式水酸化ニッケル電極を用いる
場合にも適用できる手段が望まれていた。
As described above, in the sealed alkaline storage battery using the hydrogen storage electrode as the negative electrode, when the discharge of the positive electrode is configured to end before the discharge of the negative electrode, it is easy to control the excess discharge amount of the negative electrode, There has been a demand for a means that does not pose a danger to the work, does not generate impurities that cause self-discharge or inactivates battery components, and can be applied even when a sintered nickel hydroxide electrode is used for the positive electrode. .

課題を解決するための手段 本発明では、上記の課題を解決するために、水素吸蔵
電極を負極に用い、負極の放電容量を正極の放電容量よ
りも過剰にした密閉形アルカリ蓄電池において、平均粒
径を5μm未満とすることにより利用率を大きくした金
属カドミウムまたは金属コバルトの粉末が、水素吸蔵合
金粉末に混合されて負極の導電性支持体に保持されてな
り、該金属カドミウムまたは金属コバルトの粉末の平均
粒径および混合量により負極の過剰放電容量が調整され
てなることを特徴とする密閉形アルカリ蓄電池を提供す
る。
Means for Solving the Problems In the present invention, in order to solve the above problems, in a sealed alkaline storage battery in which a hydrogen storage electrode is used for a negative electrode and the discharge capacity of the negative electrode is made larger than the discharge capacity of the positive electrode, A metal cadmium or metal cobalt powder whose utilization is increased by making the diameter less than 5 μm is mixed with a hydrogen storage alloy powder and held on a conductive support of a negative electrode, and the metal cadmium or metal cobalt powder is mixed. Wherein the excess discharge capacity of the negative electrode is adjusted by the average particle size and the mixing amount of the negative electrode.

作用 水素吸蔵合金の粉末を耐アルカリ性高分子で導電性支
持体に結合した水素吸蔵電極に、微細な金属カドミウム
もしくは金属コバルトの粉末を備えると、次の作用があ
る。
Effect When the fine metal cadmium or metal cobalt powder is provided in the hydrogen storage electrode in which the powder of the hydrogen storage alloy is bonded to the conductive support with an alkali-resistant polymer, the following effects are obtained.

すなわち、金属カドミウムおよび金属コバルトがアル
カリ電解液中で酸化される電位は、水素の平衡電位より
も貴であるから、この水素吸蔵電極がアルカリ電解液に
接触しても、水素ガスが自発的に発生することがない。
That is, since the potential at which metal cadmium and metal cobalt are oxidized in the alkaline electrolyte is more noble than the equilibrium potential of hydrogen, even if this hydrogen storage electrode comes into contact with the alkaline electrolyte, hydrogen gas is spontaneously generated. Does not occur.

そして、この水素吸蔵電極に備えられる金属カドミウ
ム粉末は、水素吸蔵合金に吸蔵された水素と同程度の電
位で充放電できる。従って、金属カドミウム粉末を備え
る水素吸蔵電極を放電すると、まず、放電電位が金属カ
ドミウム粉末の放電電位よりも卑な吸蔵水素が放電さ
れ、次に金属カドミウム粉末が放電され、さらに放電を
続けると、放電電位が金属カドミウム粉末よりも貴な吸
蔵水素が放電される。従って、この負極は、金属カドミ
ウムを備えない水素吸蔵電極と比較して、金属カドミウ
ム粉末の放電容量だけ、予め過剰に充電した場合と同等
の状態になり、正極の放電容量よりも負極の放電容量を
大きくすることができる。
Then, the metal cadmium powder provided in the hydrogen storage electrode can be charged and discharged at the same potential as the hydrogen stored in the hydrogen storage alloy. Therefore, when discharging the hydrogen storage electrode provided with metal cadmium powder, firstly, the stored hydrogen whose discharge potential is lower than the discharge potential of the metal cadmium powder is discharged, then the metal cadmium powder is discharged, and when the discharge is further continued, The stored hydrogen whose discharge potential is more noble than metal cadmium powder is discharged. Therefore, compared to the hydrogen storage electrode without metal cadmium, this negative electrode is in a state equivalent to the case where the discharge capacity of the metal cadmium powder is excessively charged in advance, and the discharge capacity of the negative electrode is larger than the discharge capacity of the positive electrode. Can be increased.

また、金属コバルトが水酸化コバルトに電解酸化され
る電位は、水素の平衡電位よりも約100mV貴であるか
ら、水素吸蔵合金の放電がほぼ終わってから、金属コバ
ルト粉末の電解酸化反応すなわち放電反応が起こる。従
って、この電極の場合にも、金属コバルトの粉末を備え
ない水素吸蔵電極と比較して、金属コバルト粉末の放電
容量だけ、予め過剰に充電した場合と同等の状態にな
り、正極の放電容量よりも負極の放電容量を大きくする
ことができる。
Since the potential at which metal cobalt is electrolytically oxidized to cobalt hydroxide is about 100 mV noble than the equilibrium potential of hydrogen, the electrolytic oxidation reaction of the metal cobalt powder, that is, the discharge reaction, occurs after the discharge of the hydrogen storage alloy is almost completed. Happens. Therefore, even in the case of this electrode, as compared with the hydrogen storage electrode without the metal cobalt powder, only the discharge capacity of the metal cobalt powder is equivalent to the case where the battery is excessively charged in advance, and the discharge capacity of the positive electrode is smaller than that of the positive electrode. Also, the discharge capacity of the negative electrode can be increased.

そして、金属カドミウムまたは金属コバルトの粉末を
備える水素吸蔵電極では、これらの金属が水酸化物に酸
化される過程は2電子反応であるが、コバルトの場合に
は、負極をさらに放電すると、コバルトが2価の水酸化
コバルトから3価の化合物に酸化される。そして、コバ
ルトが2価から3価に酸化されるこの反応は、酸素ガス
が発生する電位よりも貴な電位で起こる。従って、金属
コバルト粉末を備える場合には、水素吸蔵電極を放電し
て酸素ガスが発生するに到るまでに3電子反応が利用で
きるので、金属カドミウム粉末を備える場合よりも過剰
放電容量を大きく点で有利である。
In the case of a hydrogen storage electrode provided with a powder of metal cadmium or metal cobalt, the process of oxidizing these metals to hydroxide is a two-electron reaction. It is oxidized from divalent cobalt hydroxide to a trivalent compound. This reaction in which cobalt is oxidized from divalent to trivalent occurs at a potential which is more noble than the potential at which oxygen gas is generated. Therefore, when the metal cobalt powder is provided, the three-electron reaction can be used until the hydrogen storage electrode is discharged and oxygen gas is generated, so that the excess discharge capacity is larger than when the metal cadmium powder is provided. Is advantageous.

なお、金属カドミウムを備える水素吸蔵電極を放電し
てから充電する際には、その放電生成物の水酸化カドミ
ウムが充電されて金属カドミウムが生成し、その金属カ
ドミウムは、この電極を次に放電する際にも放電される
ので、負極が過剰に放電容量を有する効果は、充放電を
繰り返しても維持される。
When discharging and charging the hydrogen storage electrode including metal cadmium, cadmium hydroxide of the discharge product is charged to generate metal cadmium, and the metal cadmium discharges this electrode next. In such a case, the effect of the negative electrode having an excessive discharge capacity is maintained even after repeated charging and discharging.

一方、水酸化コバルトが金属コバルトに還元される速
度およびコバルトの3価の化合物が水酸化コバルトに還
元される反応速度は著しく小さい。従って、金属コバル
トを備える水素吸蔵電極を備える本発明の密閉形アルカ
リ蓄電池の高率放電などを行って、負極の金属コバルト
の放電が起こった場合には、その後の充電の際に、金属
コバルトがほとんど生成することがなく、その代わり
に、金属コバルトの放電反応に要した電気量だけ水素吸
蔵合金の充電電気量が多くなる。その結果、以後の充放
電では、水素吸蔵電極を過剰に充電した場合と等価の状
態になるので、負極の放電容量が正極の放電容量よりも
大きい状態が維持される。
On the other hand, the rate at which cobalt hydroxide is reduced to metallic cobalt and the rate at which a trivalent compound of cobalt is reduced to cobalt hydroxide are extremely low. Therefore, when the high-rate discharge of the sealed alkaline storage battery of the present invention including the hydrogen storage electrode including metal cobalt is performed, and the discharge of the negative electrode metal cobalt occurs, the metal cobalt is discharged during the subsequent charging. There is almost no generation, and instead, the amount of charge of the hydrogen storage alloy increases by the amount of electricity required for the discharge reaction of metallic cobalt. As a result, in the subsequent charging and discharging, the state becomes equivalent to the case where the hydrogen storage electrode is excessively charged, so that the state in which the discharge capacity of the negative electrode is larger than the discharge capacity of the positive electrode is maintained.

本発明で上述の作用が得られるためには、金属カドミ
ウムや金属コバルトの電気化学的な放電反応が効率的に
起こる必要がある。さもないと、これらの金属粉末を大
量に添加しなければならなくなり、水素吸蔵合金の充填
密度が低下して、容量密度が高いという水素吸蔵電極の
特徴が失われてしまう。そして、水素吸蔵合金の粉末を
耐アルカリ性高分子で導電性支持体に結合した水素吸蔵
電極に、金属カドミウムもしくは金属コバルトの粉末を
備える水素吸蔵電極の場合には、これらの金属粉末の放
電の際の活物質利用率は、これらの金属の粒径が大きく
なるほど減少し、平均粒径が5μm以上になると著しく
減少する。従って、これらの金属粉末の平均粒径は、5
μm未満が好適である。
In order to obtain the above-mentioned effects in the present invention, it is necessary that an electrochemical discharge reaction of metal cadmium or metal cobalt occurs efficiently. Otherwise, a large amount of these metal powders must be added, the packing density of the hydrogen storage alloy decreases, and the high capacity density of the hydrogen storage electrode is lost. In the case of a hydrogen storage electrode comprising a metal cadmium or metal cobalt powder on a hydrogen storage electrode in which a powder of a hydrogen storage alloy is bonded to a conductive support with an alkali-resistant polymer, the discharge of these metal powders Of the active material decreases as the particle size of these metals increases, and decreases significantly when the average particle size is 5 μm or more. Therefore, the average particle size of these metal powders is 5
Preferably less than μm.

本発明の密閉形アルカリ蓄電池では、上述の作用を得
るためには、電池を構成する際に、負極の金属カドミウ
ムや金属コバルトが著しい酸化を受けていないことが必
要である。そして、金属カドミウムおよび金属コバルト
の粉末は、平均粒径が小さいほど酸化が起こりやすい傾
向にある。しかし、焼結式水酸化ニッケル電極を製造す
る場合のように、高温の硝酸酸性のニッケル塩溶液に長
時間暴露するようなきびしい酸化性の条件でなければ、
その酸化は急速には起こらない。すなわち、水素吸蔵合
金の粉末を、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、アク
リル−スチレン樹脂などの耐アルカリ性高分子結着剤と
ともに混合し、水など分散剤を加えて調製したペースト
状混合物を、パンチングメタルや発泡ニッケルなどの導
電性支持体に保持させ、乾燥し、プレスする水素吸蔵電
極では、その製造工程が温和であるので、金属カドミウ
ムや金属コバルトの顕著な酸化が起こることがなく、上
述の作用が効果的に得られる。
In the sealed alkaline storage battery of the present invention, in order to obtain the above-mentioned effects, it is necessary that the metal cadmium and metal cobalt of the negative electrode have not undergone significant oxidation when constituting the battery. The metal cadmium and metal cobalt powders tend to be oxidized more easily as the average particle size is smaller. However, as in the case of manufacturing a sintered nickel hydroxide electrode, unless it is a severe oxidizing condition such as prolonged exposure to a high temperature nitric acid nickel salt solution,
Its oxidation does not occur rapidly. That is, a powder of a hydrogen storage alloy is mixed with an alkali-resistant polymer binder such as polyvinyl alcohol, a fluorine resin, and an acryl-styrene resin, and a paste-like mixture prepared by adding a dispersant such as water to a punched metal or foamed metal. Hydrogen storage electrodes that are held on a conductive support such as nickel, dried, and pressed do not require any significant oxidation of metal cadmium or metal cobalt because the manufacturing process is mild, and the above-mentioned effects are effective. Is obtained.

そして、金属カドミウムおよび金属コバルトがアルカ
リ電解液中で酸化される電位は、水素の平衡電位よりも
貴であるから、この水素吸蔵電極がアルカリ電解液に接
触しても、水素ガスが自発的に発生することがない。し
たがって、負極の過剰放電容量は、金属カドミウムや金
属コバルトの粉末の添加量を変えるだけで容易に制御で
きる。また、この制御の際に、高温高圧の水素ガスを用
いることがないので、作業上の危険が少ない。さらに、
コバルトやカドミウムの酸化物もしくは水酸化物は、正
極の水酸化ニッケル電極の添加物としてすでに用いてい
るものであるから、負極に備える金属カドミウムや金属
コバルトが酸化されて、その生成物が電池内に存在して
も、電池の性能に悪影響を及ぼすことがない。また、本
発明の電池では、負極の放電容量を正極よりも過剰にす
るために、負極に金属カドミウムもしくは金属コバルト
を備えてその作用を得ているのであるから、正極は、非
焼結式水酸化ニッケル電極だけではなく、焼結式水酸化
ニッケル電極を用いる場合にも同じ作用が得られる。
Since the potential at which metal cadmium and metal cobalt are oxidized in the alkaline electrolyte is more noble than the equilibrium potential of hydrogen, even when this hydrogen storage electrode comes into contact with the alkaline electrolyte, hydrogen gas is spontaneously generated. Does not occur. Therefore, the excess discharge capacity of the negative electrode can be easily controlled only by changing the amount of the metal cadmium or metal cobalt powder. In addition, high-temperature and high-pressure hydrogen gas is not used during this control, so that there is little danger in work. further,
Since the oxide or hydroxide of cobalt or cadmium is already used as an additive for the nickel hydroxide electrode of the positive electrode, the metal cadmium or metal cobalt provided on the negative electrode is oxidized, and the product is generated in the battery. Does not adversely affect the performance of the battery. Further, in the battery of the present invention, in order to increase the discharge capacity of the negative electrode more than that of the positive electrode, the negative electrode is provided with metal cadmium or metal cobalt to obtain the effect. The same effect can be obtained not only when using a nickel oxide electrode but also when using a sintered nickel hydroxide electrode.

実施例 本発明を実施例によって詳しく説明する。Examples The present invention will be described in detail with reference to examples.

実験1 まず、水素吸蔵電極に備える金属カドミウムおよび金
属コバルトの粉末の粒径が、この水素吸蔵電極を放電す
る際に、これらの金属粉末の利用率に及ぼす影響を調べ
た実験の結果を述べる。
Experiment 1 First, the results of an experiment in which the effect of the particle size of the metal cadmium and metal cobalt powders provided for the hydrogen storage electrode on the utilization of these metal powders when discharging the hydrogen storage electrode will be described.

[水素吸蔵電極A](本発明実施例) 水素吸蔵合金は、LaNi5のLaをミッシュメタル(原料
はバストネサイト)Mmで置換し、Niをニッケル、コバル
ト、アルミニウムおよびマンガンの混合物で置換して、
その成分元素が化学式MmNi3.55Co0.75Al0.4Mn0.3になる
ように、アルゴン雰囲気にした高周波誘導炉中で溶解
し、これを鉄製のモールドに流し込んで鋳込み、この鋳
造物をジョークラッシャーで粗粉砕し、ふるい分けて、
粒径が1mm以下の粗粉末を得た。
[Hydrogen storage electrode A] (Example of the present invention) In the hydrogen storage alloy, La in LaNi 5 was replaced with misch metal (raw material is bastnaesite) Mm, and Ni was replaced with a mixture of nickel, cobalt, aluminum and manganese. hand,
In a high-frequency induction furnace in an argon atmosphere, the constituent elements were melted in a high-frequency induction furnace so that the chemical formula became MmNi 3.55 Co 0.75 Al 0.4 Mn 0.3 , poured into an iron mold and cast, and the casting was roughly crushed with a jaw crusher. , Sift,
A coarse powder having a particle size of 1 mm or less was obtained.

次に、この粗粉末をエタノールで湿潤させて、アルミ
ナ製のポットおよびボールを用いてボールミル粉砕をお
こなった。そして、この粉末を真空乾燥してから分級
し、30メッシュの篩いを通過した水素吸蔵合金の微粉末
を得た。
Next, this coarse powder was wet with ethanol, and ball milled using an alumina pot and balls. Then, this powder was vacuum-dried and then classified to obtain a fine powder of a hydrogen storage alloy that passed through a 30-mesh sieve.

そして、この水素吸蔵合金粉末100重量部、金属カド
ミウム粉末3重量部、導電助剤たるファーネスブラック
2重量部および結着剤たるアクリル−スチレン共重合体
からなる合成ラテックス2重量部(固形分)に水を加え
てペースト状混合物を調製し、このペースト状混合物
を、導電性支持体たる厚さが0.09mmで開口率が約0.5の
ニッケルメッキした鉄製パンチングメタルの両面に塗布
し、乾燥してから、プレスし、切断して、水素吸蔵電極
Aを製作した。
Then, 100 parts by weight of the hydrogen storage alloy powder, 3 parts by weight of metal cadmium powder, 2 parts by weight of furnace black as a conductive additive, and 2 parts by weight (solid content) of a synthetic latex comprising an acryl-styrene copolymer as a binder Water is added to prepare a paste-like mixture, and this paste-like mixture is applied to both surfaces of a nickel-plated iron punching metal having a thickness of 0.09 mm as a conductive support and an aperture ratio of about 0.5, and then dried. , Pressed and cut to produce a hydrogen storage electrode A.

金属カドミウム粉末の平均粒径は、1μm以上10μm
以下の範囲で変化させた。
Average particle size of metal cadmium powder is 1μm or more and 10μm
It was changed in the following range.

水素吸蔵電極A1枚の大きさは、水素吸蔵合金付着部
が、高さ55mm、幅15mmであり、電極の厚さが0.4mmであ
る。そして、この電極1枚に含まれる水素吸蔵合金の重
量は、約1.25グラムであった。
The size of one hydrogen storage electrode A is such that the portion where the hydrogen storage alloy is attached is 55 mm in height and 15 mm in width, and the thickness of the electrode is 0.4 mm. The weight of the hydrogen storage alloy contained in one electrode was about 1.25 g.

[水素吸蔵電極B](本発明実施例) 水素吸蔵電極Aにおける金属カドミウム粉末の代わり
に、金属コバルト粉末3重量部を用いるほかは、水素吸
蔵電極Aと同じにして、水素吸蔵電極Bを製作した。金
属コバルト粉末の平均粒径は、1μm以上10μm以下の
範囲で変化させた。電極の寸法および水素吸蔵合金の担
持量は、水素吸蔵電極Aとほぼ同じであった。なお、こ
の実験で用いた金属コバルト粉末は、その形状が鎖状構
造のものであるので、この場合の粒径は、その短径を表
す。
[Hydrogen storage electrode B] (Example of the present invention) Hydrogen storage electrode B was manufactured in the same manner as hydrogen storage electrode A except that 3 parts by weight of metal cobalt powder was used instead of metal cadmium powder in hydrogen storage electrode A. did. The average particle size of the metal cobalt powder was changed in the range of 1 μm or more and 10 μm or less. The dimensions of the electrode and the amount of the hydrogen storage alloy carried were almost the same as those of the hydrogen storage electrode A. Note that the metal cobalt powder used in this experiment has a chain structure, and thus the particle size in this case represents the minor axis.

[水素吸蔵電極C](従来例) 水素吸蔵電極Aにおける金属カドミウム粉末を用いる
ことなく、そのほかは水素吸蔵電極Aと同じにして、水
素吸蔵電極Cを製作した。電極の寸法および水素吸蔵合
金の担持量は、水素吸蔵電極Aとほぼ同じであった。
[Hydrogen Storage Electrode C] (Conventional Example) A hydrogen storage electrode C was manufactured in the same manner as the hydrogen storage electrode A without using metal cadmium powder in the hydrogen storage electrode A. The dimensions of the electrode and the amount of the hydrogen storage alloy carried were almost the same as those of the hydrogen storage electrode A.

[水素吸蔵電極D](従来例) 水素吸蔵電極Aにおける金属カドミウム粉末のかわり
に金属亜鉛粉末を用い、そのほかは水素吸蔵電極Aと同
じにして、水素吸蔵電極Dを製作した。電極の寸法およ
び水素吸蔵合金の担持量は、水素吸蔵電極Aとほぼ同じ
であった。
[Hydrogen Storage Electrode D] (Conventional Example) A hydrogen storage electrode D was manufactured in the same manner as the hydrogen storage electrode A except that metal zinc powder was used instead of the metal cadmium powder in the hydrogen storage electrode A. The dimensions of the electrode and the amount of the hydrogen storage alloy carried were almost the same as those of the hydrogen storage electrode A.

以上の4種類の水素吸蔵電極を、5.8Mの水酸化カリウ
ム電解液に浸漬して観察したところ、亜鉛粉末を備える
水素吸蔵電極Dだけでは、水素ガスの気泡を盛んに発生
した。このことから、亜鉛粉末を備える水素吸蔵電極で
は、水素ガスが電池系外に去って、負極の過剰放電容量
を制御することが困難であることがわかる。従って、水
素吸蔵電極Dは、以下の試験に用いなかった。
When the above four types of hydrogen storage electrodes were immersed in a 5.8 M potassium hydroxide electrolyte and observed, hydrogen gas bubbles were actively generated only with the hydrogen storage electrode D including zinc powder. From this, it can be seen that in the hydrogen storage electrode including the zinc powder, the hydrogen gas leaves the battery system and it is difficult to control the excess discharge capacity of the negative electrode. Therefore, the hydrogen storage electrode D was not used in the following tests.

次に水素吸蔵電極A、BおよびCを過放電する場合
に、これらの電極に含まれる金属カドミウムおよび金属
コバルトの粉末は、それらが水素吸蔵電極に備えられる
状態で放電されて、この電極から酸素ガスが発生するに
到るまでの放電容量が大きいほど、負極に過剰放電容量
を多く与えることになる。
Next, when the hydrogen storage electrodes A, B, and C are over-discharged, the metal cadmium and metal cobalt powders contained in these electrodes are discharged in a state where they are provided in the hydrogen storage electrode, and oxygen is discharged from this electrode. The larger the discharge capacity until the gas is generated, the more the excess discharge capacity is given to the negative electrode.

そこで、この放電容量に及ぼすこれらの金属粉末の平
均粒径の影響を調べるために、これらの水素吸蔵電極を
充電することなく放電して、その放電容量を調べた。
Then, in order to investigate the influence of the average particle diameter of these metal powders on this discharge capacity, these hydrogen storage electrodes were discharged without charging, and their discharge capacities were examined.

試験の条件は次の通りである。すなわち、上記の水素
吸蔵電極各1枚を試験極とし、その両側に、試験極との
極間距離が2.5cmになるようにニッケル板を1枚ずつ配
置して、これらを対極とし、5.8Mの濃度の水酸化カリウ
ム電解液を用いて、フラッデッドタイプの開放型の試験
用セルを構成した。試験極の電位の測定には、酸化第2
水銀電極を照合極に用いた。
The test conditions are as follows. That is, one hydrogen storage electrode was used as a test electrode, and nickel plates were arranged on both sides of the hydrogen storage electrode so that the distance between the test electrode and the test electrode was 2.5 cm. , A flooded open test cell was constructed using a potassium hydroxide electrolyte having a concentration of To measure the potential of the test electrode,
A mercury electrode was used as a reference electrode.

そして、これらの試験極を、充電することなく、25℃
において、45mAの電流で、酸化第2水銀電極基準で+0.
25Vまで放電して(酸素ガス発生反応の平衡電位は+0.3
03Vであるから、+0.25Vでは酸素ガスは発生しな
い。)、金属カドミウムおよび金属コバルトの利用率を
測定した。なお、金属カドミウムの放電反応は2電子反
応に従い、金属コバルトの放電反応は3電子反応に従う
ことを仮定して理論容量を計算した。また、水素吸蔵電
極Cは、放電することができず、放電開始後直ちに酸素
ガス発生反応が起こった。
Then, these test electrodes are charged at 25 ° C without charging.
, With a current of 45 mA, +0.
Discharge to 25 V (Equilibrium potential of oxygen gas generation reaction is +0.3
Since it is 03V, no oxygen gas is generated at + 0.25V. ), Metal cadmium and metal cobalt utilization were measured. The theoretical capacity was calculated on the assumption that the discharge reaction of metal cadmium followed a two-electron reaction and the discharge reaction of metal cobalt followed a three-electron reaction. Further, the hydrogen storage electrode C could not be discharged, and an oxygen gas generation reaction occurred immediately after the start of discharge.

この試験から得られた水素吸蔵電極Aにおける金属カ
ドミウム粉末の利用率および水素吸蔵電極Bにおける金
属コバルト粉末の利用率と、これらの金属粉末の平均粒
径との関係を、第1図に示す。
FIG. 1 shows the relationship between the utilization of metal cadmium powder in the hydrogen storage electrode A and the utilization of metal cobalt powder in the hydrogen storage electrode B obtained from this test, and the average particle size of these metal powders.

第1図から次のことがわかる。すなわち、金属カドミ
ウム粉末および金属コバルト粉末は、ともに平均粒径が
5μm未満になると、利用率が著しく増加して放電容量
が大きくなっている。従って、平均粒径が5μm未満の
金属カドミウム粉末もしくは金属コバルト粉末を水素吸
蔵電極に添加すると、密閉形アルカリ蓄電池において、
水素吸蔵電極の放電容量を正極の放電容量よりも大きく
するために有効であることがわかる。
The following can be seen from FIG. That is, when the average particle diameter of both the metal cadmium powder and the metal cobalt powder is less than 5 μm, the utilization factor is significantly increased and the discharge capacity is increased. Therefore, when a metal cadmium powder or a metal cobalt powder having an average particle size of less than 5 μm is added to the hydrogen storage electrode, in a sealed alkaline storage battery,
It can be seen that it is effective to make the discharge capacity of the hydrogen storage electrode larger than the discharge capacity of the positive electrode.

実験2 次に、密閉形アルカリ蓄電池を連続的に過放電して、
その電池内圧を測定するとともに負極の残存容量を測定
し、本発明の電池では、過放電の場合に負極が貴に分極
することが抑制されて、電池内圧の上昇が防止されてい
ることを実験によって確かめたので、その結果を説明す
る。
Experiment 2 Next, the sealed alkaline storage battery was continuously over-discharged,
The battery internal pressure was measured and the remaining capacity of the negative electrode was measured. In the battery of the present invention, it was experimentally demonstrated that the negative electrode was prevented from being noblely polarized in the event of overdischarge, and the internal pressure of the battery was prevented from rising. The results are explained below.

[密閉形アルカリ蓄電池ア](本発明による電池) 密閉形アルカリ蓄電池アは、次のように構成した。[Sealed alkaline storage battery] (Battery according to the present invention) The sealed alkaline storage battery was configured as follows.

負極には、平均粒径が約1μmの金属カドミウム粉末
を含有する水素吸蔵電極Aを4枚用いた。正極は、活物
質保持部の寸法が、高さ54mm、幅が14.5mm、厚さが0.82
mmで、水酸化ニッケルの充放電反応が1電子反応に従う
ことを仮定した場合の放電容量が340mAhの公知の焼結式
水酸化ニッケル電極を3枚用いた。なお、この正極板
は、アルカリ電解液中で、常法により充放電して化成し
たものであるから、充電されて放電が困難なニッケル高
級酸化物が既に正極板に含まれている。セパレータに
は、厚さが0.12mmのポリサルフォン不織布を用い、この
セパレータ1枚でそれぞれの正極板1枚を包んで、正極
板と負極板とを交互に積層し、ニッケルメッキした鉄製
の角柱状の電池ケースにこの極板群を挿入し、6Mの濃度
の水酸化カリウム水溶液1に15gの水酸化リチウムを
溶解したものを電解液に用いて、これをこの電池ケース
に注入してから封口し、密閉形アルカリ蓄電池を製作し
た。この電池は、約5kg/cm2の内圧で作動する安全弁を
含めて、高さが66.2mm、幅が16.4mm、厚さが5.6mmの外
形寸法を有する角柱状のものである。この電池の公称容
量は、900mAhである。
As the negative electrode, four hydrogen storage electrodes A containing metal cadmium powder having an average particle size of about 1 μm were used. For the positive electrode, the dimensions of the active material holding part were 54 mm in height, 14.5 mm in width, and 0.82 in thickness.
Three well-known sintered nickel hydroxide electrodes having a discharge capacity of 340 mAh assuming that the charge / discharge reaction of nickel hydroxide follows a one-electron reaction in mm. Since this positive electrode plate is formed by charging and discharging in an alkaline electrolyte by a conventional method, nickel positive oxide which is difficult to discharge when charged is already contained in the positive electrode plate. For the separator, a polysulfone nonwoven fabric having a thickness of 0.12 mm was used, and one positive electrode plate was wrapped with one separator, and the positive electrode plate and the negative electrode plate were alternately laminated. This electrode plate group was inserted into the battery case, and a solution prepared by dissolving 15 g of lithium hydroxide in a 6 M aqueous potassium hydroxide solution 1 was used as an electrolytic solution. A sealed alkaline storage battery was manufactured. This battery has a prismatic shape having an outer dimension of 66.2 mm in height, 16.4 mm in width, and 5.6 mm in thickness, including a safety valve that operates at an internal pressure of about 5 kg / cm 2 . The nominal capacity of this battery is 900 mAh.

[密閉形アルカリ蓄電池イ](本発明による電池) 密閉形アルカリ蓄電池イは、密閉形アルカリ蓄電池ア
における負極の水素吸蔵電極Aの代わりに水素吸蔵電極
Bを用い、金属コバルト粉末は平均粒径が約1.5μmの
ものを用いて、そのほかの構成は密閉形アルカリ蓄電池
アと同じ構成にした。
[Sealed Alkaline Storage Battery A] (Battery According to the Present Invention) The sealed alkaline storage battery A uses a hydrogen storage electrode B instead of the negative electrode hydrogen storage electrode A in the sealed alkaline storage battery A, and the metal cobalt powder has an average particle size. The other configuration was the same as that of the sealed alkaline storage battery A, with a size of about 1.5 μm.

[密閉形アルカリ蓄電池ウ](比較例による電池) 密閉形アルカリ蓄電池ウは、密閉形アルカリ蓄電池ア
における負極の水素吸蔵電極Aの平均粒径が約1μmの
金属カドミウム粉末の代わりに、平均粒径が約10μmの
ものを用い、そのほかの構成は密閉形アルカリ蓄電池ア
と同じ構成にした。
[Sealed Alkaline Battery C] (Battery according to Comparative Example) The sealed alkaline storage battery C has an average particle diameter of the hydrogen storage electrode A of the negative electrode in the sealed alkaline storage battery A instead of the metal cadmium powder having an average particle diameter of about 1 μm. Was about 10 μm, and the other configuration was the same as that of the sealed alkaline storage battery.

[密閉形アルカリ蓄電池エ](比較例による電池) 密閉形アルカリ蓄電池エは、密閉形アルカリ蓄電池イ
における負極の水素吸蔵電極Bの平均粒径が約1.5μm
の金属コバルト粉末の代わりに、平均粒径が約10μmの
ものを用い、そのほかの構成は密閉形アルカリ蓄電池イ
と同じ構成にした。
[Sealed alkaline storage battery d] (Battery according to comparative example) The sealed alkaline storage battery d has an average particle diameter of about 1.5 μm in the negative electrode hydrogen storage electrode B in the sealed alkaline storage battery d.
In place of the metallic cobalt powder, a powder having an average particle size of about 10 μm was used, and the other configuration was the same as that of the sealed alkaline storage battery A.

[密閉形アルカリ蓄電池オ](従来例による電池) 密閉形アルカリ蓄電池オは、密閉形アルカリ蓄電池ア
における負極の水素吸蔵電極Aの代わりに水素吸蔵電極
Cを用い、そのほかの構成は密閉形アルカリ蓄電池アと
同じ構成にした。
[Sealed Alkaline Battery B] (Battery of Conventional Example) The sealed alkaline battery B uses a hydrogen storage electrode C instead of the negative electrode hydrogen storage electrode A in the sealed alkaline storage battery A, and the other configuration is a sealed alkaline storage battery. The same configuration as a.

以上の5つの密閉形アルカリ蓄電池を、1サイクル目
は、90mAの電流で15時間充電てから、180mAの電流で、
それぞれの電池の端子電圧が0.8Vになるまで放電した。
次に、180mAの電流で6時間充電し、180mAの電流で端子
電圧が0Vになるまで放電し、そのままの電流で、さらに
1時間過放電する充放電サイクルを10回おこなった。最
後の過放電の時には、電池の内圧を測定した。これらの
充放電は、25℃でおこなった。
In the first cycle, after charging the above five sealed alkaline storage batteries with a current of 90 mA for 15 hours, with a current of 180 mA,
Discharge was performed until the terminal voltage of each battery reached 0.8 V.
Next, the battery was charged with a current of 180 mA for 6 hours, discharged at a current of 180 mA until the terminal voltage became 0 V, and overcharged for another 1 hour with the current as it was, and 10 charge / discharge cycles were performed. At the last overdischarge, the internal pressure of the battery was measured. These charging and discharging were performed at 25 ° C.

この過放電の際の電池の内圧の経時変化を、第2図に
示す。第2図から、次のことがわかる。
FIG. 2 shows the change over time of the internal pressure of the battery during this overdischarge. The following can be seen from FIG.

すなわち、それぞれ平均粒径が小さい金属カドミウム
粉末および金属コバルト粉末を保持した本発明の水素吸
蔵電極を備える密閉形アルカリ蓄電池アおよびイは、過
放電時の内圧が小さい値に抑えられていて、安全弁の作
動圧5kg/cm2に到達することがなく、電池の密閉化が達
成されている。一方、それぞれ平均粒径が大きい金属カ
ドミウム粉末および金属コバルト粉末を保持した比較例
の水素吸蔵電極を備える密閉形アルカリ蓄電池ウおよび
エと、金属カドミウムもしくは金属コバルトの粉末を保
持しない従来例の水素吸蔵電極を備える密閉形アルカリ
蓄電池オは、過放電の進行にともなって内圧が高くな
り、内圧が安全弁の作動圧に到達している。
That is, the sealed alkaline storage batteries A and B each having the hydrogen storage electrode of the present invention holding the metal cadmium powder and the metal cobalt powder having a small average particle size, respectively, have an internal pressure during overdischarge suppressed to a small value and have a safety valve. The working pressure of 5 kg / cm 2 was not reached, and the battery was hermetically sealed. On the other hand, the sealed alkaline storage batteries C and D each having the hydrogen storage electrode of Comparative Example holding the metal cadmium powder and the metal cobalt powder having large average particle diameters respectively, and the hydrogen storage of the conventional example not holding the metal cadmium or metal cobalt powder. The internal pressure of the sealed alkaline storage battery E having the electrodes increases with the progress of overdischarge, and the internal pressure reaches the operating pressure of the safety valve.

さらに、これらの5つの電池を過放電の後に解体し、
負極板を取り出してこれを試験極とし、実験1と同じ条
件で酸化第2水銀電極基準で+0.25Vまで放電して、そ
の放電容量を調べた。その結果を第1表に示す。
In addition, disassemble these five batteries after overdischarge,
The negative electrode plate was taken out and used as a test electrode. Under the same conditions as in Experiment 1, the negative electrode plate was discharged to +0.25 V with respect to a mercuric oxide electrode, and the discharge capacity was examined. Table 1 shows the results.

第1表から、本発明の水素吸蔵電極を備える密閉形ア
ルカリ蓄電池アおよびイは、負極の残存容量が得られて
いることから、放電が正極の容量で制限されていること
がわかる。一方、比較例水素吸蔵電極を用いる密閉形ア
ルカリ蓄電池ウおよびエならびに従来例の水素吸蔵電極
を備える密閉形アルカリ蓄電池オでは、負極の残存容量
が得られないので、放電を正極の容量で制限することが
困難であることがわかる。
From Table 1, it can be seen that in the sealed alkaline storage batteries A and A each having the hydrogen storage electrode of the present invention, the discharge was limited by the capacity of the positive electrode, since the remaining capacity of the negative electrode was obtained. On the other hand, in the sealed alkaline storage batteries c and d using the hydrogen storage electrode of the comparative example and the sealed alkaline storage battery e provided with the hydrogen storage electrode of the conventional example, since the remaining capacity of the negative electrode cannot be obtained, the discharge is limited by the capacity of the positive electrode. It turns out that it is difficult.

なお、上記の実施例では、水素吸蔵合金として特定の
組成のものを用いて説明したが、単にこの合金だけでは
なく、その成分元素を変えた合金や、Laves相に属する
水素吸蔵合金などを用いる場合にも、本発明は同様に適
用できる。
In the above embodiment, the description has been made using a specific composition as the hydrogen storage alloy. However, not only this alloy, but also an alloy in which the component elements are changed or a hydrogen storage alloy belonging to the Laves phase is used. In this case, the present invention can be similarly applied.

さらに、上記の実施例では、結着剤として作用する耐
アルカリ性高分子として、アクチル−スチレン共重合体
からなる合成ラテックスを用いる場合を説明したが、単
にこの耐アルカリ性高分子にとどまらず、ポリオレフィ
ン樹脂、フッ素樹脂、メチルセルロース、ヒドロキシプ
ロピルセルロース、ポリビニルアルコールなどを用いる
場合にも、本発明が適用できる。
Further, in the above-described embodiment, the case where a synthetic latex made of an actyl-styrene copolymer is used as the alkali-resistant polymer acting as a binder has been described, but it is not limited to this alkali-resistant polymer, and a polyolefin resin is used. The present invention can also be applied to the case where fluorinated resin, methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol and the like are used.

また、上記の実施例では、導電性支持体として、パン
チングメタルを用いる場合を説明したが、そのほかに、
金属網、エキスパンデッドメタル、金属発泡体や金属繊
維焼結体などの導電性多孔体などを用いる場合にも、本
発明が適用できる。
Further, in the above embodiment, the case where the punching metal is used as the conductive support has been described.
The present invention can be applied to the case where a metal net, an expanded metal, a conductive porous body such as a metal foam or a metal fiber sintered body is used.

そして、上述の実施例では、金属コバルトの粉末とし
て、鎖状構造を有するものを用いた場合について説明し
たが、その効果は鎖状構造の粉末を用いる場合だけに限
定されるものではなく、球状などのように、ほかの形状
のものであっても、その平均粒径が5μm未満であれ
ば、同様の効果が得られる。
In the above-described embodiment, the case where a powder having a chain structure was used as the metal cobalt powder was described. However, the effect is not limited to the case where the powder having the chain structure is used, Similar effects can be obtained even if the average particle size is less than 5 μm, even if the shape is other than the above.

発明の効果 本発明は、水素吸蔵電極を負極に用いる密閉形アルカ
リ蓄電池において、正極の放電が負極の放電よりも先に
終わるように構成して過放電時の電池の内圧上昇を効果
的に抑制する効果がある。しかも、その際に、高温高圧
の水素ガス雰囲気のような危険な状態で作業する必要が
なく、アルカリ電解液中で水素ガスを発生しない固体金
属粉末を添加するので負極の過剰放電量の制御が容易で
あり、電池の自己放電等の性能に有害な窒素化合物や炭
酸根を生成することがなく、しかも、正極に焼結式水酸
化ニッケル電極を用いる場合にも適用できるという効果
がある。
Advantageous Effects of the Invention The present invention provides a sealed alkaline storage battery using a hydrogen storage electrode as a negative electrode, in which the discharge of the positive electrode is completed before the discharge of the negative electrode, thereby effectively suppressing an increase in the internal pressure of the battery during overdischarge. Has the effect of doing In addition, at that time, it is not necessary to work in a dangerous state such as a high-temperature and high-pressure hydrogen gas atmosphere, and since solid metal powder that does not generate hydrogen gas in the alkaline electrolyte is added, the amount of excessive discharge of the negative electrode can be controlled. It is easy and does not generate nitrogen compounds or carbonates which are harmful to the performance of the battery such as self-discharge, and has the effect of being applicable to the case where a sintered nickel hydroxide electrode is used for the positive electrode.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図:金属粉末を備える水素吸蔵電極を過放電したと
きの金属粉末の利用率と金属粉末の平均粒径との関係を
示した図。 A……金属カドミウム粉末を備える電極 B……金属コバルト粉末を備える電極 第2図:過放電の進行にともなう密閉形アルカリ蓄電池
の内圧の経時変化を示した図。 ア、イ……本発明による電池 ウ、エ……比較例による電池 オ……従来例による電池
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the utilization rate of metal powder and the average particle size of metal powder when a hydrogen storage electrode provided with metal powder is overdischarged. A: Electrode provided with metal cadmium powder B: Electrode provided with metal cobalt powder FIG. 2: A diagram showing the change over time of the internal pressure of a sealed alkaline storage battery with the progress of overdischarge. A, B: Battery according to the present invention C, D: Battery according to comparative example E: Battery according to conventional example

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/34 H01M 10/24 H01M 4/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 10/34 H01M 10/24 H01M 4/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】水素吸蔵電極を負極に用い、負極の放電容
量を正極の放電容量よりも過剰にした密閉形アルカリ蓄
電池において、平均粒径を5μm未満とすることにより
利用率を大きくした金属カドミウムまたは金属コバルト
の粉末が、水素吸蔵合金粉末に混合されて負極の導電性
支持体に保持されてなり、該金属カドミウムまたは金属
コバルトの粉末の平均粒径および混合量により負極の過
剰放電容量が調整されてなることを特徴とする密閉形ア
ルカリ蓄電池。
In a sealed alkaline storage battery in which a hydrogen storage electrode is used as a negative electrode and the discharge capacity of the negative electrode is made larger than the discharge capacity of the positive electrode, metal cadmium whose utilization factor is increased by setting the average particle size to less than 5 μm. Alternatively, the metal cobalt powder is mixed with the hydrogen storage alloy powder and held on the conductive support of the negative electrode, and the excess discharge capacity of the negative electrode is adjusted by the average particle size and the mixing amount of the metal cadmium or metal cobalt powder. A sealed alkaline storage battery characterized by being made.
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