JP3598665B2

JP3598665B2 - 電池用活物質および電池

Info

Publication number: JP3598665B2
Application number: JP19551196A
Authority: JP
Inventors: 純中村; 泰造原田
Original assignee: Yuasa Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2016-07-05
Also published as: JPH1021908A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電池用活物質および電池、特に、水素吸蔵合金を含む電池用活物質およびそのような電池用活物質を用いた電池に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
水素の吸蔵と放出とを可逆的に行うことが可能な水素吸蔵合金を用いた電極を負極とし、カドミウムを含まない水酸化ニッケル電極を正極として用いたアルカリ蓄電池が知られている。この種のアルカリ蓄電池は、従来のニッケル−カドミウム蓄電池に比べて高いエネルギー密度を有し、しかも低公害性であることから、ポータブル機器用や電気自動車用の電源としての利用が期待されている。
【０００３】
ところで、このようなアルカリ蓄電池は、寒冷地や冬期などの低温下において、容量が著しく低下し、結果的に電圧低下を引き起こす場合が多い。電池電圧が低下した場合は、所要の電池特性が得られないため、当該電池を搭載した機器が正常に作動しないおそれがある。
【０００４】
本発明の目的は、低温下における電池特性を改善することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電池用活物質は、イッテルビウムの水酸化化合物と、水素吸蔵合金とを含んでいる。ここで、当該電池用活物質は、例えば、前記イッテルビウムの水酸化化合物を０．２〜１．０重量％含んでいる。また、当該電池用活物質は、例えば、イットリウムの化合物をさらに含んでいる。
【０００６】
また、本発明の電池は、イッテルビウムの水酸化化合物および水素吸蔵合金を含む負極用活物質を用いた負極と、正極用活物質を用いた正極と、電解質とを備えている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
電池用活物質
本発明に係る電池用活物質は、上述のようにイッテルビウムの水酸化化合物と、水素吸蔵合金とを主に含んでいる。この電池用活物質は、イットリウムの化合物をさらに含んでいてもよい。
【０００８】
ここで用いられるイットリウムの化合物は、特に限定されるものではないが、例えば水酸化化合物が好ましい。イットリウムの水酸化化合物は、Ｙ（ＯＨ） _３で示される化合物である。
【０００９】
本発明で用いられる水素吸蔵合金は、特に限定されるものではなく、従来からの電池用に用いられている公知の種々のものである。水素吸蔵合金としては、ミッシュメタル（Ｍｍ）を含む合金、例えば、ＭｍＮｉＡｌＣｏ系やＭｍＮｉＡｌＣｏＭｎ系の合金を挙げることができる。なお、ミッシュメタルは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄなどの希土類元素の複合体であり、市販されている。このような合金は、例えばミッシュメタル、Ｎｉ、Ａｌ、ＣｏおよびＭｎを所定量秤量し、これらを不活性ガス雰囲気下で高周波溶解炉を用いて溶融させると製造することができる。
【００１０】
なお、本発明に係る電池用活物質には、必要に応じて一酸化コバルト（ＣｏＯ）をさらに含んでいてもよい。本発明の電池用活物質がこのような一酸化コバルトをさらに含む場合は、当該活物質を採用した電池の低温下における電池特性をより効果的に改善することができる。
【００１１】
本発明の電池用活物質は、イッテルビウムの水酸化化合物を０．２〜１．０重量％含むのが好ましく、０．２〜０．５重量％含むのがより好ましい。イッテルビウムの水酸化化合物の含有量が０．２重量％未満の場合は、当該電池用活物質を用いた電池について、低温下における電池特性を効果的に改善することができない場合がある。逆に、１．０重量％を超える場合は、含有量に比例した効果が得られずに経済的でないばかりではなく、却って電池容量が低下し、電池の効率が損なわれる場合がある。
【００１２】
また、本発明の電池用活物質が一酸化コバルトを含有する場合、その含有量は０．２〜１．５重量％に設定するのが好ましく、０．８〜１．５重量％に設定するのがより好ましい。この含有量が０．８重量％未満の場合は、一酸化コバルトを含有することによる効果が得られない場合がある。逆に、１．５重量％を超える場合は、含有量に比例した効果が得られずに経済的でないばかりではなく、却って電池容量が低下し、電池の効率が損なわれる場合がある。
【００１３】
本発明の電池用活物質を製造する場合は、上述の水素吸蔵合金の粉末を用意し、これにイッテルビウムの水酸化化合物の粉末および必要に応じてイットリウムの化合物の粉末、一酸化コバルトの粉末を添加して十分に混合する。こうして得られた電池用活物質は、通常、カルボキシメチルセルロースなどの増粘剤を加えてペースト状に調製され、電池用電極の基板に塗布、充填される。
【００１４】
なお、上述の電池用活物質は、必要に応じて他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、例えば、密閉型電池の内部圧力の上昇を抑制することを目的として添加される、希土類元素の単体またはその化合物を挙げることができる。
【００１５】
本発明に係る電池用活物質は、上述のようにイッテルビウムの水酸化化合物を含んでいるので、低温下における電池特性、特に電池容量が改善された電池を実現することができる。
【００１６】
電池
本発明に係る電池は、例えばニッケル水素電池であり、負極、正極および電解質を主に備えている。
このような本発明の電池で用いられる負極は、上述の本発明に係る電池用活物質のペーストを基材に塗布、充填したものである。なお、基材としては、例えばニッケル穿孔鋼板が用いられる。
【００１７】
また、正極は、例えば、正極用活物質のペーストを基材に塗布、充填したものである。ここで、正極用活物質としては、例えば、亜鉛が固溶体化された高密度水酸化ニッケル粉末を挙げることができる。一方、基材としては、例えばニッケル繊維基板が用いられる。
【００１８】
さらに、電解質としては、アルカリ金属の水酸化物、例えば水酸化カリウムや水酸化リチウムなどが用いられる。なお、電解質は、電池の種類や形態に応じて、固体状のもの、或いは水溶液状のものが用いられる。
【００１９】
なお、本発明の電池の大きさおよび形状は、特に限定されるものではなく、例えば、角型や円筒型などの種々に構成し得る。したがって、上述の負極、正極および電解質を内蔵するための容器は、目的とする電池の大きさや形状に応じて種々のものを用いることができる。また、本発明の電池において、正極および負極が互いに重ね合わされて折り畳まれたり巻回されている場合は、正極と負極との接触を回避するためのセパレーターが用いられる。セパレーターとしては、絶縁性樹脂の不織布、例えばポリアミド樹脂やポリプロピレン樹脂の不織布を用いることができる。
【００２０】
本発明に係る上述の電池は、負極用の活物質として上述の本発明に係るものを用いているので、低温下での電池特性、特に電池容量が従来の電池に比べて良好である。したがって、このような本発明の電池を用いれば、冬期や寒冷地などの低温下においても機器を正常に作動させることができる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
Ｌａ、Ｃｅ、ＰｒおよびＮｄなどの希土類元素の複合体である市販のミッシュメタル（Ｍｍ）、並びにＮｉ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎを所定量秤量し、これらを不活性ガス雰囲気下で高周波溶解炉を用いて溶解してＭｍＮｉ_３．８Ａｌ_０．３Ｃｏ_０．７Ｍｎ_０．２の組成の合金を作成した。
【００２２】
次に、得られた合金を機械粉砕し、この合金粉末にＹｂ（ＯＨ）_３粉末０．５重量％と一酸化コバルト１．０重量％とを混合した。この混合物を乳鉢を用いて十分に混ぜ合わせ、電池用活物質を得た。得られた電池用活物質に増粘剤を加えてペースト状にし、このペーストをニッケル穿孔鋼板に塗布、充填した。これを乾燥後にプレスして電極を得た。
【００２３】
比較例１
Ｙｂ（ＯＨ）_３粉末を添加しない以外は実施例１と同様にして電極を得た。
【００２４】
参考例１
一酸化コバルトの使用量を０〜１．０重量％の範囲で変更し、他は実施例１の場合と同様にして電極を得た。得られた電極について、充放電サイクル試験を実施した。この際、充電は０．１ＣｍＡで１６時間実施し、また、放電は０．２ＣｍＡで０．１７Ｖまで行った。結果を図１に示す。図１より、一酸化コバルトの含有量に比例して容量が高まることがわかる。なお、参照電極としては、Ｃｄ／Ｃｄ（ＯＨ）_２極を用いた。
【００２５】
実施例２
高密度粉末水酸化ニッケル活物質のペーストをニッケル繊維板に塗布、充填し、これを乾燥後にプレスして電極を得た。得られた電極を正極に、また、実施例１で得られた電極を負極にそれぞれ用い、さらに電解液として比重が１．２８の水酸化カリウム水溶液を用いて公称容量が２，１００ｍＡｈの密閉電池を作成した。
【００２６】
得られた電池について充放電サイクル試験を実施し、５℃下での放電時間と電池電圧との関係を調べた。なお、充放電サイクル試験においては、充電は１．０ＣｍＡで１時間１２分実施し、また、放電は２．０ＣｍＡで１．０Ｖまで行い、充電と放電との間の休止時間を１時間に設定した。結果を図２に示す。また、得られた電池を５℃から４５℃までの温度環境下におき、電池容量の変化を調べた。結果を図３に示す。
【００２７】
比較例２
負極として比較例１で得られたものを用い、他は実施例２の場合と同様にして電池を作成した。得られた電池について、実施例２の場合と同様にして放電時間と電池電圧との関係および電池容量の変化を調べた。結果を図２および図３に示す。
【００２８】
図２から、実施例２の場合は、比較例２の場合に比べて電池電圧が低下しにくいことがわかる。また、図３から、２５℃を境として、比較例２の場合は、実施例２に比べて低温下での電池容量が極端に低下していることがわかる。言い替えると、実施例２の場合は、比較例２に比べて２５℃以下での電池容量が格段に良好なことがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の電池用活物質は、イッテルビウムの水酸化化合物を水素吸蔵合金に添加しているので、低温下における電池特性を改善することができる。
【００３０】
また、本発明に係る電池は、上述の本発明に係る電池用活物質を負極に用いているので、低温下における電池特性が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１で得られた電極についての一酸化コバルトの含有量と容量との関係を示す図。
【図２】実施例２および比較例２で得られた電池の５℃下での放電時間と電池電圧との関係を示す図。
【図３】実施例２および比較例２で得られた電池についての電池容量と温度との関係を示す図。

Claims

イッテルビウムの水酸化化合物と、
水素吸蔵合金と、
を含む電池用活物質。
前記イッテルビウムの水酸化化合物を０．２〜１．０重量％含んでいる、請求項１に記載の電池用活物質。
イットリウムの化合物をさらに含む、請求項１または２に記載の電池用活物質。
イッテルビウムの水酸化化合物および水素吸蔵合金を含む負極用活物質を用いた負極と、
正極用活物質を用いた正極と、
電解質と、
を備えた電池。