JP3176214B2 - ニッケル水素二次電池の活性化方法 - Google Patents

ニッケル水素二次電池の活性化方法

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  • Secondary Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はニッケル水素二次電池の
組立て後に行う活性化工程に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ニッケル水素二次電池は次のような方法
により製造されている。活物質であるニッケル酸化物を
含む正極と活物質である水素吸蔵合金を含む負極との間
にセパレータを介装し、これを積層して電極群を作製す
る。この電極群をアルカリ電解液と共に容器内に収納
し、封口することにより前記二次電池を製造する。
【0003】前記二次電池のセパレータは、親水性が優
れるものの耐酸化性が劣るポリアミド繊維から形成され
ている。このため、前記二次電池を充電した状態で放置
すると、前記ポリアミド繊維が酸化分解されて発生する
硝酸イオン、亜硝酸イオン、アンモニアや、前記電極群
や前記電解液などに含まれる不純物が前記正極の充電生
成物であるNiOOHを還元し、自己放電反応が生じる
という問題点があった。
【0004】 このようなことから前記セパレータとし
て耐酸化性が優れるポリオレフィン繊維を用いることに
より酸化分解を防止することが行われているが、前記不
純物により前記NiOOHが還元されるため、自己放電
反応を抑制することは困難であった。一方、特開平4−
126370号公報には、初充電後、1Vまで放電させ
た後、30℃、60℃で放置するニッケル水素二次電池
の製造方法が開示されている。しかしながら、このよう
な方法によりニッケル水素二次電池の性能を改善するこ
とは困難である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の問題を
解決するためになされたもので、自己放電反応を抑制す
ることが可能なニッケル水素二次電池の活性化方法を提
供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、活物質である
ニッケル酸化物を含む正極と活物質である水素吸蔵合金
を含む負極とセパレータとから作製された電極群と、ア
ルカリ電解液とを容器内に収納してニッケル水素二次電
池を組み立て前記二次電池に初充電を施した後、残存
容量が前記正極の理論容量の20%を越える状態で加温
エージングを施すニッケル水素二次電池の活性化方法で
あって、前記セパレータは、ポリオレフィン繊維製不織
布にコロナ放電処理か、あるいは界面活性剤処理を施し
たものからなることを特徴とするニッケル水素二次電池
の活性化方法である。
【0007】以下、本発明の活性化方法を角形ニッケル
水素二次電池に適用して詳細に説明する。まず、図1に
示す角形ニッケル水素二次電池を組立てた。図1におい
て、負極端子を兼ねる有底角筒形の金属ケース1内には
電極群2が収納されている。前記電極群2は二つ折りに
したセパレータ3に挟まれ、ニッケル酸化物を活物質と
して含む短冊状の正極4と、水素吸蔵合金を活物質とし
て含む短冊状の負極5とを積層して作製されている。前
記負極5は前記金属ケース1の内壁に圧接されている。
アルカリ電解液は前記金属ケース1内に収容されてい
る。防爆機能及び正極端子を兼ねる封口蓋群6は、底部
に矩形の穴7が開口された有底角筒形の絶縁ガスケット
8を用いてかしめ固定により前記金属ケース1の上部開
口部に気密に固定されている。前記封口蓋群6は、中央
にガス抜き孔9が開口された封口板10と、前記ガス抜
き孔9を覆うように前記封口板10に載置され、例えば
合成ゴムからなる安全弁11と、前記安全弁11を包囲
するように前記封口板10に溶接され、ガス抜き孔12
を有する帽子形の端子板13とから構成されている。正
極リード14の一端は、前記正極4に接続され、他端は
前記封口板10の下面に接続されている。
【0008】前記セパレータ3はポリオレフィン繊維を
含む。前記ポリオレフィン繊維としては、ポリエチレン
繊維、ポリプロピレン繊維等を挙げることができる。ま
た、前記ポリオレフィン繊維は親水性処理が施されてい
てもよい。かかる親水性処理としては、コロナ放電処
理、界面活性剤の塗布などを挙げることができる。更
に、前記セパレータ3は前記ポリオレフィン繊維の他
に、ポリオレフィン繊維を芯材とし、これに親水性を有
する共重合樹脂が被覆された複合繊維を含むことを許容
する。
【0009】前記正極4は、ニッケル酸化物の粉末に導
電材料を添加し、高分子結着剤及び水と共に混練してペ
ーストを調製し、前記ペーストを導電性基板に充填し、
乾燥した後、成形することにより製造される。前記ニッ
ケル酸化物としては、水酸化ニッケルを挙げることがで
きる。
【0010】前記負極5は、水素吸蔵合金粉末に導電材
を添加し、高分子結着剤及び水と共に混練してペースト
を調製し、前記ペーストを導電性基板に充填し、乾燥し
た後、成形することにより製造される。
【0011】前記水素吸蔵合金としては、格別制限され
るものではなく、電解液中で電気化学的に発生させた水
素を吸蔵でき、かつ放電時にその吸蔵水素を容易に放出
できるものであればよい。例えばLaNi5 、MmNi
5 (Mm;ミッシュメタル)、LmNi5 (Lm;ラン
タン富化したミッシュメタル)、及びこれらのNiの一
部をAl、Mn、Co、Ti、Cu、Zn、Zr、C
r、Bのような元素で置換した多元素系のもの、又はT
iNi系、TiFe系のものを挙げることができる。
前記アルカリ電解液としては、例えば水酸化ナトリウム
(NaOH)と水酸化リチウム(LiOH)の混合液、
水酸化カリウム(KOH)とLiOHの混合液、KOH
とLiOHとNaOHの混合液等を用いることができ
る。
【0012】次いで、前述した図1に示す二次電池に初
充電を施した後、残存容量が前記正極4の理論容量の2
0%を越える状態で加温エージングを行う。前記加温エ
ージングを前述した残存容量で行うのは次のような理由
によるものである。前記残存容量が前記正極4の理論容
量の20%以下になると、自己放電反応を抑制すること
が困難になる。
【0013】前記加温エージングの温度は30〜70℃
の範囲にすることが望ましい。これは次のような理由に
よるものである。前記温度が30℃未満になると、自己
放電反応を抑制することが困難になる恐れがある。前記
温度が70℃を越えると、前記負極5の水素吸蔵合金に
腐食が生じ易くなり、サイクル特性が低下する恐れがあ
る。
【0014】前記加温エージングは終了時の開路電圧が
1.0V以上になるように行うことことが望ましい。こ
れは次のような理由によるものである。前記開路電圧が
1.0V未満になると、電池特性が劣化する恐れがあ
る。前記加温エージングは12〜48時間行うことが望
ましい。
【0015】
【作用】本発明によれば、活物質であるニッケル酸化物
を含む正極と活物質である水素吸蔵合金を含む負極とポ
リオレフィン繊維を含むセパレータとから作製された電
極群と、アルカリ電解液とを容器内に収納して組立てた
ニッケル水素二次電池に初充電を施した後、残存容量が
正極の理論容量の20%を越えた状態で加温エージング
を施すことによって、前記電極群や前記電解液に含まれ
る不純物を酸化あるいは分解できるため、前記正極の充
電生成物であるNiOOHの還元を防止できる。このた
め、前記二次電池の自己放電反応を抑制することができ
る。
【0016】
【実施例】以下、前述した図1を参照して本発明の実施
例を詳細に説明する。 実施例1〜4 市販のランタン富化したミッシュメタルLm及びNi、
Co、Mn、Alを用いて高周波炉によって、LmNi
4.0 Co0.4 Mn0.3 Al0.3 の組成からなる水素吸蔵
合金を作製した。前記水素吸蔵合金を機械粉砕し、これ
を200メッシュのふるいを通過させた。得られた合金
粉末100重量部に対してポリアクリル酸ナトリウム
0.5重量部、カルボキシメチルセルロース(CMC)
0.125重量部、ポリテトラフルオロエチレンのディ
スパージョン(比重1.5,固形分60重量%)2.5
重量部及び導電材としてカーボン粉末1.0重量部を水
50重量部と共に混合することによって、ペーストを調
製した。このペーストをパンチドメタルに塗布、乾燥し
た後、加圧成型することによって水素吸蔵合金負極を作
製した。
【0017】一方、水酸化ニッケル粉末90重量%及び
酸化コバルト粉末10重量%からなる混合粉体に、前記
水酸化ニッケル粉末に対してカルボキシメチルセルロー
ス0.3重量%、ポリテトラフルオロエチレン0.5重
量%を添加し、更にこれらに純水を45重量%添加して
混練することによりペーストを調製した。このペースト
を焼結繊維基板内へ充填した後、更にその両表面に前記
ペーストを塗布し、乾燥してローラプレスによって圧延
することによりペースト式ニッケル正極を作製した。
【0018】次いで、ポリオレフィン繊維から目付け量
が60g/m2 で、厚さが0.2mmの不織布を作製し
た。前記不織布に界面活性剤処理を施すことによりセパ
レータを作製した。
【0019】次いで、前記セパレータに挟まれた前記正
極と、前記負極とを積層して電極群を作製し、この電極
群の正極に正極リードを接続した。前記電極群と、7N
のKOH及び1NのLiOHからなる電解液とを有底角
筒形の金属ケース内に収納して前述した図1に示す構造
のニッケル水素二次電池を組み立てた。
【0020】前記二次電池に0.1CmAの電流で15
0%充電した後、残存容量が前記正極の理論容量の2
5,50,80,100%の状態で45℃の加温エージ
ングを24時間行うことにより活性化を行った。 参照例1,2 実施例1〜4と同様な二次電池に0.1CmAの電流で
150%充電した後、残存容量が前記正極の理論容量の
0,10%の状態で45℃の加温エージングを24時間
行うことにより活性化を行った。
【0021】実施例1〜4及び参照例1,2の二次電池
に1CmAの電流で130%充電した後、60℃の恒温
槽に3日間貯蔵し、1CmAの電流で1.0Vまで放電
した際の放電容量を測定した。得られた放電容量から充
電状態で貯蔵後の残存容量率(自己放電試験を実施する
前に測定された1CmAの電流で130%充電した後、
1CmAの電流で1.0Vまで放電した際の放電容量を
基準にする)を求めた。その結果を下記表1に示す。ま
た、活性化工程を行わない比較例の二次電池に実施例1
〜4と同様な自己放電試験を実施し、その結果を下記表
1に併記する。
【0022】
【表1】
【0023】表1から明らかなように、初充電後に残存
容量が正極の理論容量の20%を越える状態で加温エー
ジングを行った実施例1〜4の二次電池は、充電状態で
貯蔵した後の残存容量率が高いことがわかる。これに対
し、活性化工程を行わない比較例の二次電池は、充電状
態で貯蔵した後の残存容量率が著しく低いことがわか
る。また、初充電後に残存容量が正極の理論容量の20
%以下の状態で加温エージングを行った参照例1,2の
二次電池は、充電状態で貯蔵した後の残存容量率が実施
例1〜4の二次電池よりも低いことがわかる。 実施例5〜7 実施例1〜4と同様な二次電池に0.1CmAの電流で
130%充電した後、残存容量が100%の状態で加温
エージング(30,45,70℃)を24時間行うこと
により活性化を行った。 参照例3 実施例1〜4と同様な二次電池に0.1CmAの電流で
130%充電した後、残存容量が100%の状態で放置
エージング(20℃)を24時間行うことにより活性化
を行った。
【0024】実施例5〜7及び参照例3の二次電池の開
路電圧を測定した。その結果を下記表2に示す。その
後、前記二次電池に1CmAの電流で130%充電した
後、1CmAの電流で1.0Vまで放電した際の放電容
量を測定し、得られた放電容量から放電容量比(実施例
6の二次電池の放電容量を100とする)を求めた。そ
の結果を下記表2に併記する。更に、前記二次電池に1
CmAの電流で130%充電した後、60℃の恒温槽に
3日間貯蔵し、1CmAの電流で1.0Vまで放電した
際の放電容量を測定した。得られた放電容量から充電状
態で貯蔵後の残存容量率(自己放電試験前に測定された
放電容量を基準にする)を求めた。その結果を下記表2
に併記する。
【0025】
【表2】
【0026】表2から明らかなように、初充電後に加温
エージングを施した実施例5〜7の二次電池は、開路電
圧及び放電容量比が高く、かつ充電状態で貯蔵後の残存
容量率が高いことがわかる。これに対し、初充電後に放
置エージングを施した参照例3の二次電池は、開路電圧
及び放電容量比は実施例5〜7と同様に高いものの充電
状態で貯蔵後の残存容量率が実施例5〜7の二次電池よ
りも低いことがわかる。なお、前記実施例では角形ニッ
ケル水素二次電池に適用した例を説明したが、円筒形ニ
ッケル水素二次電池にも同様に適用できる。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように本発明のニッケル水
素二次電池の活性化方法によれば、自己放電反応を抑制
できるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る方法により活性化されたニッケル
水素二次電池を示す断面図。
【符号の説明】
1…金属ケース、2…電極群、3…セパレータ、4…正
極、5…負極、6…防爆機能及び正極端子を兼ねる封口
蓋群。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳川 浩章 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東 芝電池株式会社内 (72)発明者 山本 雅秋 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東 芝電池株式会社内 (72)発明者 佐藤 優治 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東 芝電池株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−267966(JP,A) 特開 平2−301971(JP,A) 特開 昭64−57568(JP,A) 特開 平3−184275(JP,A) 特開 昭54−135328(JP,A) 特開 昭64−60956(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/24 - 10/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活物質であるニッケル酸化物を含む正極
    と活物質である水素吸蔵合金を含む負極とセパレータ
    から作製された電極群と、アルカリ電解液とを容器内に
    収納してニッケル水素二次電池を組み立て前記二次電
    池に初充電を施した後、残存容量が前記正極の理論容量
    の20%を越える状態で加温エージングを施すニッケル
    水素二次電池の活性化方法であって、 前記セパレータは、ポリオレフィン繊維製不織布にコロ
    ナ放電処理か、あるいは界面活性剤処理を施したものか
    らなる ことを特徴とするニッケル水素二次電池の活性化
    方法。
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