JP3216180B2 - ニッケル−カドミウム電池の容量回復方法 - Google Patents
ニッケル−カドミウム電池の容量回復方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はニッケル−カドミウム電
池、特に満充電の検出をカドミウム負極板の水素発生に
いたる分極を検出することで行なう電池についての容量
回復方法に関するものである。
池、特に満充電の検出をカドミウム負極板の水素発生に
いたる分極を検出することで行なう電池についての容量
回復方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、新しい機能を持つニッケル−カド
ミウム電池として、満充電の検出をカドミウム負極板の
水素発生にいたる分極を検出することで行なう電池が提
案されている（例えば、特開平３−１７１５６４号）。
この電池は、水酸化ニッケル正極板が満充電となるのと
同時またはそれより早く、カドミウム負極板が満充電と
なって現われる水素発生に至る分極を検出することによ
り、充電を制御できるように設計されている。この電池
の主な利点としては、以下のものがある。 ［１］充電末期の電池電圧の変化が大きいため、満充電
の検出が容易で、そのため、定電流定電圧充電や、定電
流充電で一定の電圧に達した後、電流値を下げて充電す
る２段定電流充電が容易に適用できる。 ［２］過充電時に正極板から発生する酸素ガスを負極板
で吸収させるノイマン方式の密閉電池で必要な充電リザ
ーブとしてのＣｄ（ＯＨ）2 が不要のため、電池を高容
量化できる。
ミウム電池として、満充電の検出をカドミウム負極板の
水素発生にいたる分極を検出することで行なう電池が提
案されている（例えば、特開平３−１７１５６４号）。
この電池は、水酸化ニッケル正極板が満充電となるのと
同時またはそれより早く、カドミウム負極板が満充電と
なって現われる水素発生に至る分極を検出することによ
り、充電を制御できるように設計されている。この電池
の主な利点としては、以下のものがある。 ［１］充電末期の電池電圧の変化が大きいため、満充電
の検出が容易で、そのため、定電流定電圧充電や、定電
流充電で一定の電圧に達した後、電流値を下げて充電す
る２段定電流充電が容易に適用できる。 ［２］過充電時に正極板から発生する酸素ガスを負極板
で吸収させるノイマン方式の密閉電池で必要な充電リザ
ーブとしてのＣｄ（ＯＨ）2 が不要のため、電池を高容
量化できる。
【０００３】そして、この電池に定電流定電圧充電や２
段定電流充電を適用すれば、従来のノイマン方式の密閉
形ニッケル−カドミウム電池のように５ｋｇ／ｃｍ2 以
上の高圧まで電池の内圧を上げることなく、密閉電池と
する事が可能である。これは、充電末期に正極板からの
酸素ガスおよび負極板からの水素ガスがほとんど発生し
ない状態で充電制御を行なうためである。
段定電流充電を適用すれば、従来のノイマン方式の密閉
形ニッケル−カドミウム電池のように５ｋｇ／ｃｍ2 以
上の高圧まで電池の内圧を上げることなく、密閉電池と
する事が可能である。これは、充電末期に正極板からの
酸素ガスおよび負極板からの水素ガスがほとんど発生し
ない状態で充電制御を行なうためである。
【０００４】このような電池を製作するには、まず、水
酸化ニッケル正極板とカドミウム負極板を電槽内に挿入
し、開放状態で充電し、水酸化ニッケル正極板およびカ
ドミウム負極板が満充電となり、各々から酸素ガスおよ
び水素ガスが発生するのを確認した後、電池を密閉すれ
ばよい。
酸化ニッケル正極板とカドミウム負極板を電槽内に挿入
し、開放状態で充電し、水酸化ニッケル正極板およびカ
ドミウム負極板が満充電となり、各々から酸素ガスおよ
び水素ガスが発生するのを確認した後、電池を密閉すれ
ばよい。
【０００５】一方、この電池は従来の電池と異なる機構
で容量低下をおこす特徴がある。この電池を定電流定電
圧充電した場合の典型的なサイクル特性を図１に示す。
電池の放電容量は２００サイクルで初期の８０％まで低
下しているが、これは以下の原因によるものである。
で容量低下をおこす特徴がある。この電池を定電流定電
圧充電した場合の典型的なサイクル特性を図１に示す。
電池の放電容量は２００サイクルで初期の８０％まで低
下しているが、これは以下の原因によるものである。
【０００６】電池のサイクル初期の水酸化ニッケル正極
板とカドミウム負極板の容量バランスを模式的に図２
（Ａ）に示す。図中、縦の長さが電気量を表わす。図中
ａは、電池の放電終了後にカドミウム負極板中に残存す
る充電状態の活物質の容量を表す。図からわかるよう
に、充電末期には水酸化ニッケル正極板とカドミウム負
極板とがほぼ同時に満充電となる。一方、２００サイク
ル後の容量バランスを図２（Ｂ）に示す。２００サイク
ル後には水酸化ニッケル正極板とカドミウム負極板の容
量バランスがずれ、水酸化ニッケル正極板の充電が十分
進む前にカドミウム負極板が満充電となり、この結果充
電不足となって電池の容量不足となる。図中ａは、電池
の放電終了後にカドミウム負極板中に残存する充電状態
の活物質の容量を表し、図中ｂは電池の充電終了後に水
酸化ニッケル正極板中に残存する未充電の活物質の容量
を示す。この容量バランスのずれは、水酸化ニッケル正
極板が充電される際にわずかに発生する酸素ガスがカド
ミウム負極板で十分吸収されないことによるものであ
る。カドミウム負極板は通電された電気量のほとんど全
てが極板の充電に使われるのに対して、水酸化ニッケル
正極板は通電された電気量の１部が酸素ガスの発生に使
われる。通電された電気量のうち、極板の充電に使われ
る電気量と酸素ガス発生に使われる電気量の比は、水酸
化ニッケル正極板の充電状態によって異なる。
板とカドミウム負極板の容量バランスを模式的に図２
（Ａ）に示す。図中、縦の長さが電気量を表わす。図中
ａは、電池の放電終了後にカドミウム負極板中に残存す
る充電状態の活物質の容量を表す。図からわかるよう
に、充電末期には水酸化ニッケル正極板とカドミウム負
極板とがほぼ同時に満充電となる。一方、２００サイク
ル後の容量バランスを図２（Ｂ）に示す。２００サイク
ル後には水酸化ニッケル正極板とカドミウム負極板の容
量バランスがずれ、水酸化ニッケル正極板の充電が十分
進む前にカドミウム負極板が満充電となり、この結果充
電不足となって電池の容量不足となる。図中ａは、電池
の放電終了後にカドミウム負極板中に残存する充電状態
の活物質の容量を表し、図中ｂは電池の充電終了後に水
酸化ニッケル正極板中に残存する未充電の活物質の容量
を示す。この容量バランスのずれは、水酸化ニッケル正
極板が充電される際にわずかに発生する酸素ガスがカド
ミウム負極板で十分吸収されないことによるものであ
る。カドミウム負極板は通電された電気量のほとんど全
てが極板の充電に使われるのに対して、水酸化ニッケル
正極板は通電された電気量の１部が酸素ガスの発生に使
われる。通電された電気量のうち、極板の充電に使われ
る電気量と酸素ガス発生に使われる電気量の比は、水酸
化ニッケル正極板の充電状態によって異なる。
【０００７】図３に極板の充電に使われる電気量と酸素
ガス発生に使われる電気量の比と水酸化ニッケル正極板
の充電状態との関係の１例を示す。水酸化ニッケル正極
板の充電量が少ない領域では通電した電気量のほとんど
が極板の充電に使われるが、極板の充電が進行して水酸
化ニッケル正極板の充電量が多くなると徐々に酸素ガス
発生の割合が増加し、極板が満充電になると通電した電
気量の全てがガス発生に使われる。充電中に正極板で発
生した酸素ガスが負極板で十分吸収されないと、水酸化
ニッケル正極板の充電が十分進行していないにもかかわ
らず、カドミウム負極板のみが充電されることになり、
その結果、図２（Ｂ）に示したような容量バランスのず
れを引き起こす。
ガス発生に使われる電気量の比と水酸化ニッケル正極板
の充電状態との関係の１例を示す。水酸化ニッケル正極
板の充電量が少ない領域では通電した電気量のほとんど
が極板の充電に使われるが、極板の充電が進行して水酸
化ニッケル正極板の充電量が多くなると徐々に酸素ガス
発生の割合が増加し、極板が満充電になると通電した電
気量の全てがガス発生に使われる。充電中に正極板で発
生した酸素ガスが負極板で十分吸収されないと、水酸化
ニッケル正極板の充電が十分進行していないにもかかわ
らず、カドミウム負極板のみが充電されることになり、
その結果、図２（Ｂ）に示したような容量バランスのず
れを引き起こす。
【０００８】この様な容量バランスのずれによって起こ
る電池の容量低下を回復させる方法としては、電池の製
造時に行なったように電池を開放状態とした後に充電
し、水酸化ニッケル正極板とカドミウム負極板がともに
満充電となり、各々から酸素ガスおよび水素ガスが発生
するのを確認した後充電を終了して電池を密閉する方法
がある。
る電池の容量低下を回復させる方法としては、電池の製
造時に行なったように電池を開放状態とした後に充電
し、水酸化ニッケル正極板とカドミウム負極板がともに
満充電となり、各々から酸素ガスおよび水素ガスが発生
するのを確認した後充電を終了して電池を密閉する方法
がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この容
量回復方法では次の様な問題点があった。 ［１］正極および負極の双方からガスが発生するような
過充電を行なうため、電解液が電池から吹き出すことが
ある。 ［２］過充電をするために大きな電力が必要である。 ［３］酸素ガスおよび水素ガスが同時に発生するため爆
発の危険がある。
量回復方法では次の様な問題点があった。 ［１］正極および負極の双方からガスが発生するような
過充電を行なうため、電解液が電池から吹き出すことが
ある。 ［２］過充電をするために大きな電力が必要である。 ［３］酸素ガスおよび水素ガスが同時に発生するため爆
発の危険がある。
【００１０】本発明はこのような問題点を解決しようと
するものである。
するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、容量低下した
電池に水酸化ニッケル正極板から水素発生する過放電を
行なうことにより、電池の容量を回復させるものであ
り、また、このときの過放電電気量を容量低下量以上と
するものである。
電池に水酸化ニッケル正極板から水素発生する過放電を
行なうことにより、電池の容量を回復させるものであ
り、また、このときの過放電電気量を容量低下量以上と
するものである。
【００１２】
【作用】図２（Ｂ）に示したように容量低下をおこした
電池を過放電すると水酸化ニッケル正極板から水素ガス
が発生し、カドミウム負極板では放電反応が進行して、
容量バランスのずれが回復する。例えば、容量低下量に
等しい電気量を過放電すれば、容量バランスは図１の様
になり容量のずれは無くなる。この方法によれば、前述
した従来の容量回復方法の３つの問題点が解決される。
まず、放電終了時であるため電池の電解量が少なくなっ
ており、また発生するガスは正極からの水素のみである
ので、電池から電解液が吹き出す危険性が少ない。ま
た、過充電に必要な電圧は約１．７Ｖであるのに対し
て、過放電に必要な電圧は約０．２Ｖであり、必要な電
力量は約１／１０と少ない。そして、発生するガスが水
素ガスのみなので、爆発の危険性が少ない。
電池を過放電すると水酸化ニッケル正極板から水素ガス
が発生し、カドミウム負極板では放電反応が進行して、
容量バランスのずれが回復する。例えば、容量低下量に
等しい電気量を過放電すれば、容量バランスは図１の様
になり容量のずれは無くなる。この方法によれば、前述
した従来の容量回復方法の３つの問題点が解決される。
まず、放電終了時であるため電池の電解量が少なくなっ
ており、また発生するガスは正極からの水素のみである
ので、電池から電解液が吹き出す危険性が少ない。ま
た、過充電に必要な電圧は約１．７Ｖであるのに対し
て、過放電に必要な電圧は約０．２Ｖであり、必要な電
力量は約１／１０と少ない。そして、発生するガスが水
素ガスのみなので、爆発の危険性が少ない。
【００１３】一方、容量低下量に相当する電気量の過放
電をおこなっても、電池の容量は完全には回復しない。
これは、水酸化ニッケル正極板を満充電せずに充放電を
繰り返したため、水酸化ニッケル正極板中の水酸化ニッ
ケルが不活性になっているためである。この不活性な水
酸化ニッケルを活性化するためには酸素ガス発生をとも
なう過充電を行なえばよいが、過放電量を容量低下量と
等しくした場合には、過充電時にカドミウム負極板から
水素が発生することになる。そこで、予め過放電量を容
量低下量よりも多くしておけば、負極から水素を発生す
ることなく正極の過充電が可能となり、安全性の面から
極めて有用である。
電をおこなっても、電池の容量は完全には回復しない。
これは、水酸化ニッケル正極板を満充電せずに充放電を
繰り返したため、水酸化ニッケル正極板中の水酸化ニッ
ケルが不活性になっているためである。この不活性な水
酸化ニッケルを活性化するためには酸素ガス発生をとも
なう過充電を行なえばよいが、過放電量を容量低下量と
等しくした場合には、過充電時にカドミウム負極板から
水素が発生することになる。そこで、予め過放電量を容
量低下量よりも多くしておけば、負極から水素を発生す
ることなく正極の過充電が可能となり、安全性の面から
極めて有用である。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明す
る。
る。
【００１５】まず、焼結式水酸化ニッケル正極板１０枚
とペースト式カドミウム負極板１１枚とをナイロンセパ
レーターを介して組合せ、電槽に挿入した。水酸化ニッ
ケル正極板の容量は１０枚合計で１００Ａｈ、カドミウ
ム負極板の容量は１５０Ａｈである。つぎにこの電池に
比重１．２５（２０℃）の水酸化カリウム水溶液を注液
し、１０Ａの電流で１６時間充電した。充電終了後、電
槽を密閉し、開弁圧０．５ｋｇ／ｃｍ2 の安全弁を取り
付け、２０Ａの電流で端子電圧が０．５Ｖになるまで放
電し、電池の満充電の検出をカドミウム負極板の水素発
生にいたる分極を検出する電池Ａを製作した。また同様
の方法で電池Ｂ、ＣおよびＤを製作した。
とペースト式カドミウム負極板１１枚とをナイロンセパ
レーターを介して組合せ、電槽に挿入した。水酸化ニッ
ケル正極板の容量は１０枚合計で１００Ａｈ、カドミウ
ム負極板の容量は１５０Ａｈである。つぎにこの電池に
比重１．２５（２０℃）の水酸化カリウム水溶液を注液
し、１０Ａの電流で１６時間充電した。充電終了後、電
槽を密閉し、開弁圧０．５ｋｇ／ｃｍ2 の安全弁を取り
付け、２０Ａの電流で端子電圧が０．５Ｖになるまで放
電し、電池の満充電の検出をカドミウム負極板の水素発
生にいたる分極を検出する電池Ａを製作した。また同様
の方法で電池Ｂ、ＣおよびＤを製作した。
【００１６】次に、これらの電池を次の条件で充放電す
るサイクルを繰り返した。
るサイクルを繰り返した。
【００１７】 充電：２０Ａ、１．５Ｖ定電流定電圧充電を１０時間 放電：２０Ａの定電流で端子電圧が０．５Ｖになるまで
放電 電池温度：４０℃ そして、放電容量が８０Ａｈになったときサイクルを終
了した。このときのサイクルの進行にともなう放電容量
の推移を第４図に示す。いずれの電池も約４０サイクル
後に放電容量が８０Ａｈまで低下した。ここで、電池の
容量を回復するため電池Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにそれぞれ次の
処置をおこなった。
放電 電池温度：４０℃ そして、放電容量が８０Ａｈになったときサイクルを終
了した。このときのサイクルの進行にともなう放電容量
の推移を第４図に示す。いずれの電池も約４０サイクル
後に放電容量が８０Ａｈまで低下した。ここで、電池の
容量を回復するため電池Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにそれぞれ次の
処置をおこなった。
【００１８】電池Ａ：２０Ａ、１．５Ｖ定電流定電圧充
電を１０時間おこなった後、１０Ａの電流で２時間過充
電する。
電を１０時間おこなった後、１０Ａの電流で２時間過充
電する。
【００１９】電池Ｂ：２０Ａ、１．５Ｖ定電流定電圧充
電を１０時間おこなった後、１０Ａの電流で４時間過充
電する。
電を１０時間おこなった後、１０Ａの電流で４時間過充
電する。
【００２０】 電池Ｃ：１０Ａの定電流で２時間過放電したのち、２０
Ａ、１．５Ｖ定電流定電圧充電を１０時間おこなう 電池Ｄ：１０Ａの定電流で４時間過放電したのち、２０
Ａ、１．５Ｖ定電流定電圧充電を１０時間おこなう 電池Ａ、Ｂにおこなった処置が従来の容量回復方法、電
池Ｃ、Ｄに行なったのが本発明の電池容量回復方法であ
る。これらの処置をおこなった後、全ての電池を２０Ａ
の定電流で端子電圧が０．５Ｖになるまで放電し、続い
て２０Ａ、１．５Ｖ定電流定電圧充電を１０時間おこな
った後、再び２０Ａの定電流で端子電圧が０．５Ｖにな
るまで放電した。このときの各電池の放電容量は次の通
りであった。
Ａ、１．５Ｖ定電流定電圧充電を１０時間おこなう 電池Ｄ：１０Ａの定電流で４時間過放電したのち、２０
Ａ、１．５Ｖ定電流定電圧充電を１０時間おこなう 電池Ａ、Ｂにおこなった処置が従来の容量回復方法、電
池Ｃ、Ｄに行なったのが本発明の電池容量回復方法であ
る。これらの処置をおこなった後、全ての電池を２０Ａ
の定電流で端子電圧が０．５Ｖになるまで放電し、続い
て２０Ａ、１．５Ｖ定電流定電圧充電を１０時間おこな
った後、再び２０Ａの定電流で端子電圧が０．５Ｖにな
るまで放電した。このときの各電池の放電容量は次の通
りであった。
【００２１】 電池Ａ： ９５Ａｈ 電池Ｂ：１００Ａｈ 電池Ｃ： ９４Ａｈ 電池Ｄ：１０１Ａｈ この結果から明らかなように、本発明の方法は従来法と
同様に容量の回復が可能であることがわかる。本発明の
方法は、過充電のための高電圧が不要で、また、酸素ガ
スと水素ガスが同時に発生せず爆発の危険性が少なく、
さらに、電解液の吹き出しが少ないことを考慮すると従
来法に比べて極めて優れていることがわかる。
同様に容量の回復が可能であることがわかる。本発明の
方法は、過充電のための高電圧が不要で、また、酸素ガ
スと水素ガスが同時に発生せず爆発の危険性が少なく、
さらに、電解液の吹き出しが少ないことを考慮すると従
来法に比べて極めて優れていることがわかる。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の電池の容量
回復方法によれば、簡便な方法でしかも安全に電池の容
量回復が可能で、その工業的価値は極めて大である。
回復方法によれば、簡便な方法でしかも安全に電池の容
量回復が可能で、その工業的価値は極めて大である。
【図１】本発明に用いる電池を定電流定電圧充電した場
合の典型的なサイクル特性を示した図。
合の典型的なサイクル特性を示した図。
【図２】本発明に用いる電池のサイクル水酸化ニッケル
正極板とカドミウム負極板の初期（Ａ）及び２００サイ
クル後（Ｂ）の容量バランスを模式的に示した図。
正極板とカドミウム負極板の初期（Ａ）及び２００サイ
クル後（Ｂ）の容量バランスを模式的に示した図。
【図３】極板の充電に使われる電気量と酸素ガス発生に
使われる電気量の比と水酸化ニッケル正極板の充電状態
との関係の１例を示した図。
使われる電気量の比と水酸化ニッケル正極板の充電状態
との関係の１例を示した図。
【図４】サイクルの進行にともなう放電容量の推移を示
した図。
した図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 三宅 正之 (56)参考文献 特開 昭56−13672（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−112074（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−75445（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−196470（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−67576（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/42 - 10/48 H01M 10/54
Claims (2)
- 【請求項１】満充電の検出をカドミウム負極板の水素発
生にいたる分極を検出することで行なうニッケル−カド
ミウム電池の容量回復方法であって、該電池がサイクル
の進行にともなって容量低下した場合に、水酸化ニッケ
ル正極板から水素発生する過放電を行なうことを特徴と
するニッケル−カドミウム電池の容量回復方法。 - 【請求項２】過放電電気量が容量低下量以上であること
を特徴とする請求項１記載のニッケル−カドミウム電池
の容量回復方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32992091A JP3216180B2 (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | ニッケル−カドミウム電池の容量回復方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32992091A JP3216180B2 (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | ニッケル−カドミウム電池の容量回復方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05144476A JPH05144476A (ja) | 1993-06-11 |
| JP3216180B2 true JP3216180B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=18226750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32992091A Expired - Fee Related JP3216180B2 (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | ニッケル−カドミウム電池の容量回復方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3216180B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5925755B2 (ja) * | 2013-12-20 | 2016-05-25 | プライムアースＥｖエナジー株式会社 | 電池モジュールの調整方法及び電池モジュールの調整装置 |
-
1991
- 1991-11-18 JP JP32992091A patent/JP3216180B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05144476A (ja) | 1993-06-11 |
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