JP3416336B2 - アルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極及びアルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極の芯体 - Google Patents
アルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極及びアルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極の芯体Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ蓄電池用の水
素吸蔵合金電極に係わり、詳しくは過充電時に正極で発
生する酸素ガスを速やかに還元することが可能なアルカ
リ蓄電池用の水素吸蔵合金電極を得ることを目的とし
た、水素吸蔵合金を保持するための芯体の改良に関す
る。
素吸蔵合金電極に係わり、詳しくは過充電時に正極で発
生する酸素ガスを速やかに還元することが可能なアルカ
リ蓄電池用の水素吸蔵合金電極を得ることを目的とし
た、水素吸蔵合金を保持するための芯体の改良に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
水素吸蔵合金を負極に使用したアルカリ蓄電池が、現在
広く使用されているニッケル・カドミウム蓄電池や鉛蓄
電池に比べて、軽量で、エネルギー密度が高いことか
ら、次世代の汎用蓄電池として注目されている。
水素吸蔵合金を負極に使用したアルカリ蓄電池が、現在
広く使用されているニッケル・カドミウム蓄電池や鉛蓄
電池に比べて、軽量で、エネルギー密度が高いことか
ら、次世代の汎用蓄電池として注目されている。
【０００３】この種のアルカリ蓄電池を完全密閉化する
ために、実用電池では、負極の容量を正極の容量よりも
大きくして電池容量を正極支配とし、過充電時に負極で
水素ガスが発生しないようにするとともに、正極で発生
する酸素ガスを、下式（１）及び（２）の反応により負
極で消費するようにしてある。下式（２）中のＭは水素
吸蔵合金を表し、またＭＨはその水素化物を表す。
ために、実用電池では、負極の容量を正極の容量よりも
大きくして電池容量を正極支配とし、過充電時に負極で
水素ガスが発生しないようにするとともに、正極で発生
する酸素ガスを、下式（１）及び（２）の反応により負
極で消費するようにしてある。下式（２）中のＭは水素
吸蔵合金を表し、またＭＨはその水素化物を表す。
【０００４】
１／２Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- ⇒２ＯＨ- …（１）
２ＭＨ＋１／２Ｏ2 ⇒２Ｍ＋Ｈ2 Ｏ …（２）
【０００５】しかし、電池内圧の上昇を有効に抑制して
電解液の漏出、封口体の突出等を完全に防止するために
は、過充電時に正極で発生する酸素ガスを負極で速やか
に消費（還元）するようにする必要があり、そのために
は、上式（１）の反応が速やかに進行するようにするこ
とが有効である。
電解液の漏出、封口体の突出等を完全に防止するために
は、過充電時に正極で発生する酸素ガスを負極で速やか
に消費（還元）するようにする必要があり、そのために
は、上式（１）の反応が速やかに進行するようにするこ
とが有効である。
【０００６】ところで、従来、アルカリ蓄電池用の水素
吸蔵合金電極では、水素吸蔵合金を保持するための芯体
として、発泡メタル及びパンチング板が主に用いられて
いる。発泡メタルは、プラスチック発泡体シートにニッ
ケルめっきを施した後、加熱してプラスチックを溶融除
去して作製されるところの三次元多孔体であり、一方の
パンチング板は、集電性の高い平板（鉄にニッケルめっ
きしたものなど）に複数の孔をあけたものである。
吸蔵合金電極では、水素吸蔵合金を保持するための芯体
として、発泡メタル及びパンチング板が主に用いられて
いる。発泡メタルは、プラスチック発泡体シートにニッ
ケルめっきを施した後、加熱してプラスチックを溶融除
去して作製されるところの三次元多孔体であり、一方の
パンチング板は、集電性の高い平板（鉄にニッケルめっ
きしたものなど）に複数の孔をあけたものである。
【０００７】これらの従来の芯体には、上式（１）の酸
素ガス還元反応を促進する機能はない。このため、かか
る芯体を使用していた従来のアルカリ蓄電池用の水素吸
蔵合金電極では、過充電時に正極で発生する酸素ガスを
速やかに還元することができず、電池内圧が上昇し易
い。
素ガス還元反応を促進する機能はない。このため、かか
る芯体を使用していた従来のアルカリ蓄電池用の水素吸
蔵合金電極では、過充電時に正極で発生する酸素ガスを
速やかに還元することができず、電池内圧が上昇し易
い。
【０００８】そこで、鋭意研究した結果、本発明者ら
は、酸素ガス還元反応を促進する機能（触媒的機能）と
集電性との両方を兼ね備える芯体をすれば、上式（１）
の酸素ガス還元反応が速やかに行われるようにすること
ができ、電池内圧の上昇を有効に抑制することができる
ことを見い出した。
は、酸素ガス還元反応を促進する機能（触媒的機能）と
集電性との両方を兼ね備える芯体をすれば、上式（１）
の酸素ガス還元反応が速やかに行われるようにすること
ができ、電池内圧の上昇を有効に抑制することができる
ことを見い出した。
【０００９】本発明は、かかる知見に基づきなされたも
のであって、その目的とするところは、過充電時に正極
で発生する酸素ガスを速やかに還元することが可能なア
ルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極を提供するにある。
のであって、その目的とするところは、過充電時に正極
で発生する酸素ガスを速やかに還元することが可能なア
ルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るアルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極
は、ニッケルめっきが部分的に施された炭素繊維不織布
を水素吸蔵合金を保持するための芯体として使用したも
のである。
の本発明に係るアルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極
は、ニッケルめっきが部分的に施された炭素繊維不織布
を水素吸蔵合金を保持するための芯体として使用したも
のである。
【００１１】ニッケルめっきは、無電解めっきによるも
のであってもよく、また電解めっきによるものであって
もよい。ニッケルめっきは、芯体の集電性を高めるため
のものであり、通常のニッケルメッキの他、ニッケル−
ホウ素めっき、ニッケル−スズ−ホウ素めっきが例示さ
れる。ニッケルめっきの比率は、充電性と酸素ガス還元
性とのバランスを考慮して適宜決定することになる。
のであってもよく、また電解めっきによるものであって
もよい。ニッケルめっきは、芯体の集電性を高めるため
のものであり、通常のニッケルメッキの他、ニッケル−
ホウ素めっき、ニッケル−スズ−ホウ素めっきが例示さ
れる。ニッケルめっきの比率は、充電性と酸素ガス還元
性とのバランスを考慮して適宜決定することになる。
【００１２】
【作用】本発明における炭素繊維不織布はニッケルめっ
きが施されている部分とニッケルめっきが施されていな
い部分（炭素繊維が露出している部分）とを有する。こ
れらの２種の部分のうち、ニッケルめっきが施されてい
る部分は、集電作用を有するので、このニッケルめっき
が施されている部分の存在により作動電圧の低下が抑制
される。一方、ニッケルめっきが施されていない部分に
露出する炭素繊維が酸素ガス還元反応を促進するので、
このニッケルめっきが施されていない部分の存在により
酸素ガス還元反応が促進される。
きが施されている部分とニッケルめっきが施されていな
い部分（炭素繊維が露出している部分）とを有する。こ
れらの２種の部分のうち、ニッケルめっきが施されてい
る部分は、集電作用を有するので、このニッケルめっき
が施されている部分の存在により作動電圧の低下が抑制
される。一方、ニッケルめっきが施されていない部分に
露出する炭素繊維が酸素ガス還元反応を促進するので、
このニッケルめっきが施されていない部分の存在により
酸素ガス還元反応が促進される。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能なものである。
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能なものである。
【００１４】（実施例１）
〔水素吸蔵合金の作製〕Ｍｍ（Ｌａ：Ｃｅ：Ｐｒ：Ｎｄ
の重量比２５：５０：８：１７）、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ及
びＭｎをモル比１．０：３．２：１．０：０．２：０．
６で秤量混合し、プレスしてペレット化し、アルゴンガ
ス雰囲気下のアーク溶解炉内で溶解させ、水冷鋳型にて
凝固させた。溶解・凝固をさらに２回繰り返してインゴ
ットを作製し、このインゴットをアルゴンガス雰囲気下
にて１０００°Ｃで８時間アニール処理した後、機械的
に粉砕し、篩にかけて、粒度１００〜５００メッシュの
粒子からなる水素吸蔵合金（粉末）を作製した。
の重量比２５：５０：８：１７）、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ及
びＭｎをモル比１．０：３．２：１．０：０．２：０．
６で秤量混合し、プレスしてペレット化し、アルゴンガ
ス雰囲気下のアーク溶解炉内で溶解させ、水冷鋳型にて
凝固させた。溶解・凝固をさらに２回繰り返してインゴ
ットを作製し、このインゴットをアルゴンガス雰囲気下
にて１０００°Ｃで８時間アニール処理した後、機械的
に粉砕し、篩にかけて、粒度１００〜５００メッシュの
粒子からなる水素吸蔵合金（粉末）を作製した。
【００１５】〔芯体の作製〕炭素繊維不織布（厚さ：２
ｍｍ、目付：６０ｇ／ｍ2 ）を、表１に浴組成を示すめ
っき浴に浸漬して無電解ニッケルめっきを施し、水洗、
乾燥、圧延して、ニッケルめっきが部分的に施された厚
さ１．５ｍｍの芯体を作製した。なお、めっき膜のリン
含有量は、６重量％であった。また、芯体を目視により
観察したところ、金属光沢を有する部分（ニッケルめっ
きされた部分）と黒みがかった部分（ニッケルめっきさ
れなかった部分）とが存在した。このことから、作製し
た芯体が部分的にニッケルめっきされたものであること
を確認した。
ｍｍ、目付：６０ｇ／ｍ2 ）を、表１に浴組成を示すめ
っき浴に浸漬して無電解ニッケルめっきを施し、水洗、
乾燥、圧延して、ニッケルめっきが部分的に施された厚
さ１．５ｍｍの芯体を作製した。なお、めっき膜のリン
含有量は、６重量％であった。また、芯体を目視により
観察したところ、金属光沢を有する部分（ニッケルめっ
きされた部分）と黒みがかった部分（ニッケルめっきさ
れなかった部分）とが存在した。このことから、作製し
た芯体が部分的にニッケルめっきされたものであること
を確認した。
【００１６】
【表１】
【００１７】〔水素吸蔵合金電極の作製〕上記の水素吸
蔵合金１００重量部及びポリエチレンオキシド０．５重
量部に、水を加えて混合し、粘度１００００ｍＰａ・ｓ
のスラリーを調製した。なお、粘度は、東京計器社製の
Ｂ型粘度計Ｂ８Ｕ型（スピンドルＴ−Ｂ、回転速度２０
ｒｐｍ）を使用して測定した。上記スラリーを容器に入
れ、このスラリー中に上記芯体（ニッケルめっきを部分
的に施した炭素繊維不織布）を通過させてスラリーを塗
布した後、乾燥し、加圧成形して、水素吸蔵合金電極
（本発明電極）を作製した。
蔵合金１００重量部及びポリエチレンオキシド０．５重
量部に、水を加えて混合し、粘度１００００ｍＰａ・ｓ
のスラリーを調製した。なお、粘度は、東京計器社製の
Ｂ型粘度計Ｂ８Ｕ型（スピンドルＴ−Ｂ、回転速度２０
ｒｐｍ）を使用して測定した。上記スラリーを容器に入
れ、このスラリー中に上記芯体（ニッケルめっきを部分
的に施した炭素繊維不織布）を通過させてスラリーを塗
布した後、乾燥し、加圧成形して、水素吸蔵合金電極
（本発明電極）を作製した。
【００１８】〔電池の作製〕上記の水素吸蔵合金電極
（負極）と、理論容量１０００ｍＡｈの公知の焼結式ニ
ッケル極（正極）とをセパレータを介して巻回して渦巻
電極体を作製し、これを電池缶に挿入し、電解液を注液
し、封口して、正極支配型のＡＡサイズの密閉型ニッケ
ル−水素アルカリ蓄電池Ｘを作製した。なお、セパレー
タとしては、ポリアミド製の不織布を、また電解液とし
ては３０重量％水酸化カリウム水溶液２．４ｇを、それ
ぞれ使用した。
（負極）と、理論容量１０００ｍＡｈの公知の焼結式ニ
ッケル極（正極）とをセパレータを介して巻回して渦巻
電極体を作製し、これを電池缶に挿入し、電解液を注液
し、封口して、正極支配型のＡＡサイズの密閉型ニッケ
ル−水素アルカリ蓄電池Ｘを作製した。なお、セパレー
タとしては、ポリアミド製の不織布を、また電解液とし
ては３０重量％水酸化カリウム水溶液２．４ｇを、それ
ぞれ使用した。
【００１９】（比較例１）ニッケルめっきを部分的に施
した炭素繊維不織布に代えてパンチング板（鉄にニッケ
ルめっきしたもの）を芯体として使用したこと以外は実
施例１と同様にして水素吸蔵合金電極を作製し、これを
使用して比較電池Ａを作製した。
した炭素繊維不織布に代えてパンチング板（鉄にニッケ
ルめっきしたもの）を芯体として使用したこと以外は実
施例１と同様にして水素吸蔵合金電極を作製し、これを
使用して比較電池Ａを作製した。
【００２０】（比較例２）ニッケルめっきを部分的に施
した炭素繊維不織布に代えてニッケル製の発泡メタルを
芯体として使用したこと以外は実施例１と同様にして水
素吸蔵合金電極を作製し、これを使用して比較電池Ｂを
作製した。
した炭素繊維不織布に代えてニッケル製の発泡メタルを
芯体として使用したこと以外は実施例１と同様にして水
素吸蔵合金電極を作製し、これを使用して比較電池Ｂを
作製した。
【００２１】（比較例３）ニッケルめっきを部分的に施
した炭素繊維不織布に代えてニッケルめっきを全く施し
ていない炭素繊維不織布を芯体として使用したこと以外
は実施例１と同様にして水素吸蔵合金電極を作製し、こ
れを使用して比較電池Ｃを作製した。
した炭素繊維不織布に代えてニッケルめっきを全く施し
ていない炭素繊維不織布を芯体として使用したこと以外
は実施例１と同様にして水素吸蔵合金電極を作製し、こ
れを使用して比較電池Ｃを作製した。
【００２２】〈過充電時の電池内圧〉１Ａで充電し、充
電開始後２時間経過後の各電池の電池内圧（ｋｇ／ｃｍ
2 ）を、電池缶の缶底に圧力計を取り付けて測定した。
結果を表２に示す。
電開始後２時間経過後の各電池の電池内圧（ｋｇ／ｃｍ
2 ）を、電池缶の缶底に圧力計を取り付けて測定した。
結果を表２に示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】表２に示すように、本発明電極を使用した
電池Ｘの電池内圧は７ｋｇ／ｃｍ2であり、電解液が漏
出するおそれが無く信頼性が高い。これに対して、比較
電池Ａ、Ｂの電池内圧はいずれも１１ｋｇ／ｃｍ2 であ
り、電池内圧が極めて高い。電池Ｘの電池内圧が低いの
は、酸素ガス還元反応を促進する働きを有する芯体が負
極に使用されているからである。なお、比較電池Ｃの電
池内圧が極めて低いのは、芯体にニッケルめっきが全く
施されていないからであるが、次に述べる如く、この電
池は作動電圧の点で実用性に乏しい電池である。
電池Ｘの電池内圧は７ｋｇ／ｃｍ2であり、電解液が漏
出するおそれが無く信頼性が高い。これに対して、比較
電池Ａ、Ｂの電池内圧はいずれも１１ｋｇ／ｃｍ2 であ
り、電池内圧が極めて高い。電池Ｘの電池内圧が低いの
は、酸素ガス還元反応を促進する働きを有する芯体が負
極に使用されているからである。なお、比較電池Ｃの電
池内圧が極めて低いのは、芯体にニッケルめっきが全く
施されていないからであるが、次に述べる如く、この電
池は作動電圧の点で実用性に乏しい電池である。
【００２５】〈作動電圧〉各電池の負極に使用した芯体
の集電性の良否を調べるべく、１００ｍＡで１６時間充
電した後、５Ａで電池電圧が１Ｖに下がるまで放電（高
率放電）して、作動電圧（Ｖ）を求めた。ここに、作動
電圧とは、放電中間時点での電池電圧である。結果を表
３に示す。
の集電性の良否を調べるべく、１００ｍＡで１６時間充
電した後、５Ａで電池電圧が１Ｖに下がるまで放電（高
率放電）して、作動電圧（Ｖ）を求めた。ここに、作動
電圧とは、放電中間時点での電池電圧である。結果を表
３に示す。
【００２６】
【表３】
【００２７】表３に示すように、電池Ｘ及び比較電池
Ａ、Ｂの作動電圧がいずれも１．１５Ｖであるのに対し
て、比較電池Ｃの作動電圧は１．０６Ｖと極めて低い。
このことから、ニッケルめっきが施されていない炭素繊
維不織布を芯体として使用しても、芯体の集電性が極め
て良くないために、実用性のある水素吸蔵合金電極は得
られないことが分かる。
Ａ、Ｂの作動電圧がいずれも１．１５Ｖであるのに対し
て、比較電池Ｃの作動電圧は１．０６Ｖと極めて低い。
このことから、ニッケルめっきが施されていない炭素繊
維不織布を芯体として使用しても、芯体の集電性が極め
て良くないために、実用性のある水素吸蔵合金電極は得
られないことが分かる。
【００２８】上記実施例では、炭素繊維不織布のニッケ
ルめっきを無電解めっきによって行ったが、電解めっき
によって行ってもよい。
ルめっきを無電解めっきによって行ったが、電解めっき
によって行ってもよい。
【００２９】
【発明の効果】本発明電極は、使用せる芯体が酸素ガス
還元反応を促進する機能を有するので、過充電時に正極
で発生する酸素ガスを速やかに還元する。したがって、
これをアルカリ蓄電池の負極として使用することによ
り、過充電時の電池内圧の上昇が少ない信頼性の高いア
ルカリ蓄電池を得ることが可能となる。
還元反応を促進する機能を有するので、過充電時に正極
で発生する酸素ガスを速やかに還元する。したがって、
これをアルカリ蓄電池の負極として使用することによ
り、過充電時の電池内圧の上昇が少ない信頼性の高いア
ルカリ蓄電池を得ることが可能となる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
// Ｄ０６Ｍ 23/16 Ｄ０６Ｍ 23/16
Ｄ０６Ｍ 101:40 101:40
(72)発明者 野上 光造
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号
三洋電機株式会社内
(72)発明者 西尾 晃治
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号
三洋電機株式会社内
(72)発明者 斎藤 俊彦
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号
三洋電機株式会社内
(72)発明者 木本 衛
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号
三洋電機株式会社内
(56)参考文献 特開 平５−3029（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−69465（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−203569（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−105464（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 4/24
H01M 4/66
H01M 4/80
H01M 10/30
Claims (2)
- 【請求項１】ニッケルめっきが部分的に施された炭素繊
維不織布が水素吸蔵合金を保持するための芯体として使
用されているアルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極。 - 【請求項２】ニッケルめっきが部分的に施された炭素繊
維不織布からなるアルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極
の芯体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14810095A JP3416336B2 (ja) | 1995-05-22 | 1995-05-22 | アルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極及びアルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極の芯体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14810095A JP3416336B2 (ja) | 1995-05-22 | 1995-05-22 | アルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極及びアルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極の芯体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08315811A JPH08315811A (ja) | 1996-11-29 |
| JP3416336B2 true JP3416336B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=15445251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14810095A Expired - Fee Related JP3416336B2 (ja) | 1995-05-22 | 1995-05-22 | アルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極及びアルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極の芯体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3416336B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040096607A1 (en) * | 2002-11-15 | 2004-05-20 | Kelley Ronald James | Gas storage media, containers, and battery employing the media |
| JP4644801B2 (ja) * | 2005-01-13 | 2011-03-09 | 国立大学法人福井大学 | 複合シート体及びその製造方法 |
| JP4481282B2 (ja) | 2006-09-07 | 2010-06-16 | 住友電気工業株式会社 | 電池用電極基板、電池用電極、及びそれを用いたアルカリ二次電池 |
| JP5487384B2 (ja) * | 2009-01-06 | 2014-05-07 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ファイバー電池用合金負極 |
| JP2017091617A (ja) * | 2015-11-02 | 2017-05-25 | 旭化成株式会社 | カーボンフェルト、二次電池、及び、カーボンフェルトの製造方法 |
| CN108930166B (zh) * | 2018-07-29 | 2021-05-18 | 浙江浙能航天氢能技术有限公司 | 在纺丝纤维层上形成储氢材料的方法 |
-
1995
- 1995-05-22 JP JP14810095A patent/JP3416336B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08315811A (ja) | 1996-11-29 |
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