JP3377576B2 - アルカリ二次電池の製造方法 - Google Patents

アルカリ二次電池の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は正極を改良したアルカリ
二次電池に関するものである。 【0002】 【従来の技術】アルカリ二次電池の一例であるニッケル
水素二次電池は、ペースト式ニッケル正極と水素吸蔵合
金負極との間にセパレータを介装して作製した電極群を
水酸化リチウムを含むアルカリ電解液と共に容器内に収
納した構造を有する。前記正極は、数%のカドミウム又
は亜鉛が共沈された水酸化ニッケル粉末と、結着剤と、
コバルト酸化物又はコバルト水酸化物と、水とを混練し
てペーストを調製し、前記ペーストを三次元スポンジ状
金属多孔体や金属繊維マットなどの耐アルカリ性金属多
孔体に充填することにより製造される。このようにカド
ミウム又は亜鉛が共沈された水酸化ニッケル粉末及び前
記コバルト酸化物又は前記コバルト水酸化物を含む正極
は、高い利用率を有する。 【0003】ところで、前記二次電池において前記アル
カリ電解液中の前記水酸化リチウムのリチウムイオン
は、前記カドミウム又は亜鉛が共沈された水酸化ニッケ
ル粉末に吸着してこの粉末のイオン伝導度を向上させ
る。その結果、前記正極の充電過電圧が低減されるた
め、前記正極の充電効率を向上することができる。 【0004】しかしながら、前記カドミウム又は亜鉛が
共沈された水酸化ニッケル粉末は、その製造条件により
リチウムイオンの吸着量が変動する。その結果、前記二
次電池を前記正極にとって効率の悪い高温下において充
放電を行うと、前記カドミウム又は亜鉛が共沈された水
酸化ニッケル粉末のイオン伝導度がばらつくため、前記
正極の充電効率がばらつくという問題点があった。 【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、高温時の充電効率が高
く、かつその充電効率のばらつきが低減されたペースト
式ニッケル正極を有するアルカリ二次電池を提供しよう
とするものである。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明に係るアルカリ二
次電池の製造方法は、容器と、前記容器内に収納され、
かつペースト式正極と負極との間にセパレータを介装し
て作製された電極群と、前記容器内に収納された水酸化
リチウムを含む電解液とを具備するアルカリ二次電池
製造方法において、カドミウム又は亜鉛が共沈された水
酸化ニッケル粉末を1Nの水酸化リチウム水溶液に20
℃で3時間浸漬し、その時のリチウムイオンの吸着量が
0.3mg/g以上を指標にしてカドミウム又は亜鉛が
共沈された水酸化ニッケル粉末を評価する工程と、 前記
リチウムイオン吸着量が0.3mg/g以上を満たす水
酸化ニッケル粉末を用いて前記ペースト式正極を作製す
る工程とを具備することを特徴とするものである。 【0007】以下、本発明のアルカリ二次電池用ペース
ト式電極をニッケル正極に適用し、前記正極を組込んだ
ニッケル水素二次電池を図1を参照して詳細に説明す
る。ペースト式ニッケル正極1は、水素吸蔵合金負極2
との間にセパレータ3を介在してスパイラル状に捲回さ
れ、有底円筒状の容器4内に収納されている。前記負極
2は作製された電極群の最外周に配置されて前記容器4
と電気的に接触している。アルカリ電解液は、前記容器
4内に収容されている。中央に穴5を有する円形の封口
板6は、前記容器4の上部開口部に配置されている。リ
ング状の絶縁ガスケット7は、前記封口板6の周縁と前
記容器4の上部開口部内面の間に配置され、前記上部開
口部を内側に縮径するカシメ加工により前記容器4に前
記封口板6を前記ガスケット7を介して気密に固定して
いる。正極リード8は、一端が前記正極1に接続、他端
が前記封口板6の下面に接続されている。帽子形状をな
す正極端子9は、前記封口板6上に前記穴5を覆うよう
に取り付けられている。ゴム製の安全弁10は、前記封
口板6と前記正極端子9で囲まれた空間内に前記穴5を
塞ぐように配置されている。 【0008】前記正極1は、正極活物質にコバルト酸化
物又はコバルト水酸化物を添加し、結着剤及び水と共に
混練してペーストを調製し、前記ペーストを耐アルカリ
性金属多孔体に充填し、乾燥した後、成形することによ
り製造される。 【0009】前記正極活物質であるカドミウム又は亜鉛
が共沈された水酸化ニッケル粉末は、ニッケル及び少量
のカドミウム又は少量の亜鉛イオンを含む硫酸ニッケル
水溶液を、対流させたアルカリ性水溶液に滴下すること
により製造される。なお、前記カドミウム又は亜鉛が共
沈された水酸化ニッケル粉末の結晶成長は、製造時の温
度及び反応雰囲気のpHに大きく影響される。 【0010】前記カドミウム又は亜鉛が共沈された水酸
化ニッケル粉末の前述した測定条件でのリチウムイオン
の吸着量を0.3mg/g以上としたのは、次のような
理由によるものである。前記リチウムイオンの吸着量が
0.3mg/g未満になると、高温時の前記正極1の充
電効率が低下する。 【0011】前記水酸化ニッケル粉末に共沈される前記
カドミウム又は前記亜鉛の量は、前記水酸化ニッケルに
対して1重量%〜10重量%の範囲にすることが望まし
い。前記結着剤としては、例えばカルボキシメチルセル
ロース、メチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム
を挙げることができる。 【0012】前記耐アルカリ性金属多孔体としては、例
えばニッケル、ステンレス、ニッケルメッキが施された
樹脂などの耐アルカリ性材料から形成された網状、スポ
ンジ状、繊維状、フェルト状の金属多孔体を挙げること
ができる。 【0013】前記負極2は、例えば水素吸蔵合金粉末に
導電剤を添加し、結着剤及び水と共に混練してペースト
を調製し、前記ペーストを耐アルカリ性金属多孔体に充
填し、乾燥した後、成形することにより製造される。ま
た、前記負極2としては前記水素吸蔵合金粉末の代りに
酸化カドミウム粉末含むペーストを前記耐アルカリ性金
属多孔体に充填したものを用いることができる。 【0014】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(LiO
H)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。 【0015】 【作用】本発明に係るアルカリ二次電池によれば、ペー
スト式正極としてカドミウム又は亜鉛が共沈された水酸
化ニッケル粉末のうち、1Nの水酸化リチウム水溶液に
20℃で3時間浸漬した時のリチウムイオンの吸着量が
0.3mg/g以上の粉末を含むものを用いることによ
って、高温時の前記カドミウム又は亜鉛が共沈された水
酸化ニッケル粉末へのリチウムイオンの吸着量を増大で
き、かつその吸着量を一定にすることができる。その結
果、高温時での充電効率を向上できると共にその充電効
率のばらつきを低減することができる。 【0016】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例 まず、ニッケル及び少量の亜鉛イオンを含む硫酸ニッケ
ル水溶液を、40±10℃で、かつpHが11±1.5
の対流させたアルカリ性水溶液に滴下することにより3
〜5重量%の亜鉛が共沈された20種類の水酸化ニッケ
ル粉末を製造した。得られた20種類の粉末について、
それぞれ一部ずつ採取して1Nの水酸化リチウム水溶液
に20℃で3時間浸漬した。その後、前記水酸化リチウ
ム水溶液中のリチウムイオンの減少量より前記亜鉛が共
沈された水酸化ニッケル粉末へのリチウムイオンの吸着
量を求め、前記吸着量が0.2mg/g,0.235m
g/g,0.32mg/g,0.38mg/g,0.5
4mg/g,0.63mg/gのものを選択した。 【0017】選択された6種類の粉末100重量部に酸
化コバルト10重量部をそれぞれ添加し、カルボキシメ
チルセルロースなどの結着剤及び水と共に混練してペー
ストを調製した。前記各ペーストを多孔度が95%、平
均孔径が200μmのニッケルメッキ金属多孔体にそれ
ぞれ充填し、乾燥した後、成形することにより6種類の
正極を作製した。 【0018】次いで、LaNi4.0 Co0.4 Mn0.3
0.3 の組成からなる水素吸蔵合金粉末にポリテトラフ
ルオロエチレン粉末と、カーボン粉末と、結着剤とを添
加し、水と共に混合することによって、ペーストを調製
した。前記ペーストをニッケル製ネットに塗布、乾燥し
た後、加圧成形することによって水素吸蔵合金負極を作
製した。 【0019】次いで、前記6種類の正極と前記負極との
間に親水処理を施したポリオレフィン樹脂製不織布から
なるセパレータを介装して渦巻状に捲回して6種類の電
極群を作製した。これら電極群と7NのKOH及び1N
のLiOHからなる電解液を有底円筒状容器に収納して
前述した図1に示す構造を有するAAサイズの円筒形ニ
ッケル水素二次電池を組み立てた。 【0020】得られた6種類の二次電池をそれぞれ10
0個ずつ用意し、25℃で19時間エージングをした
後、25℃で0.1Cの電流で150%の深度まで充電
し、1Cの電流で放電する充放電サイクルを20サイク
ル繰り返して放電容量を安定させ、20サイクル目の放
電容量が同じになった二次電池を10個ずつ選択した。
選択された二次電池について、45℃の高温下で0.1
Cの電流で150%の深度まで充電した後、25℃で1
Cの電流で放電した際の放電容量を測定し、放電容量比
(20サイクル目の容量選別時の放電容量を基準(10
0)にする)を求めた。得られた放電容量比の平均値を
求め、45℃の0.1C充電における充電効率とし、そ
の結果を図2に示す。 【0021】図2から明らかなように、亜鉛が共沈さ
れ、かつ1Nの水酸化リチウム水溶液中に20℃で3時
間浸漬したときのリチウムイオンの吸着量が0.3mg
/g以上,(つまり0.32mg/g,0.38mg/
g,0.54mg/g,0.63mg/g)の水酸化ニ
ッケル粉末を含む正極から作製された二次電池は、高温
時の充電効率が80を越え、著しく高く、かつその充電
効率のばらつきが少ないことがわかる。これに対し、リ
チウムイオンの吸着量が0.3mg/g未満,(つまり
0.2mg/g,0.235mg/g)の水酸化ニッケ
ル粉末を含む正極から作製された二次電池は、高温時の
充電効率が80未満に低下することがわかる。 【0022】 【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
温時の充電効率が高く、かつその充電効率が一定な良好
な特性を有するアルカリ二次電池を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のアルカリ二次電池の一例であるニッケ
ル水素二次電池を示す斜視図。 【図2】リチウムイオンの吸着量を変化させた際の充電
効率の変化を示す線図。 【符号の説明】 1…正極、2…負極、3…セパレータ、4…容器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−102765(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/52 H01M 4/32 H01M 10/24

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 容器と、前記容器内に収納され、かつ
    ースト式正極と負極との間にセパレータを介装して作製
    された電極群と、前記容器内に収納された水酸化リチウ
    ムを含む電解液とを具備するアルカリ二次電池の製造方
    において、カドミウム又は亜鉛が共沈された水酸化ニッケル粉末を
    1Nの水酸化リチウム水溶液に20℃で3時間浸漬し、
    その時のリチウムイオンの吸着量が0.3mg/g以上
    を指標にしてカドミウム又は亜鉛が共沈された水酸化ニ
    ッケル粉末を評価する工程と、 前記リチウムイオン吸着量が0.3mg/g以上を満た
    す水酸化ニッケル粉末を用いて前記ペースト式正極を作
    製する工程とを具備することを特徴とするアルカリ二次
    電池の製造方法。
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