JP4812447B2 - Nickel metal hydride storage battery - Google Patents

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Description

本発明はニッケル水素蓄電池に関する。   The present invention relates to a nickel metal hydride storage battery.

ニッケル水素蓄電池の用途は広範に渡るが、ニッケル水素蓄電池は、高出力であることから、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源にも適用されている。ニッケル水素蓄電池の高出力化は、例えば、正極板、負極板及びセパレータを薄型化しながら、正極板と負極板との対向面積を増大することによって行われてきた。
一方、ニッケル水素蓄電池においては、自己放電特性も重要であり、自己放電を防止するための手段として、セパレータをスルホン化処理することが知られている。
Although nickel-metal hydride storage batteries have a wide range of uses, nickel-metal hydride storage batteries are applied to power sources for hybrid vehicles and electric vehicles because of their high output. Increasing the output of the nickel-metal hydride storage battery has been performed, for example, by increasing the facing area between the positive electrode plate and the negative electrode plate while reducing the thickness of the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator.
On the other hand, in a nickel metal hydride storage battery, self-discharge characteristics are also important, and it is known that a separator is sulfonated as a means for preventing self-discharge.

ただし、スルホン化処理されたセパレータは、フッ素ガス処理等の他の親水化処理が施されたセパレータに比べて、セパレータを構成する繊維がダメージを受け、強度が低下し易い。このため、スルホン化処理されたセパレータを用いた円筒型のニッケル水素蓄電池では、正極板と負極板とがセパレータを破って直接接触し、内部ショートが発生する虞がある。   However, the sulfonated separator is more susceptible to damage due to damage to the fibers constituting the separator as compared to a separator subjected to other hydrophilic treatment such as fluorine gas treatment. For this reason, in a cylindrical nickel-metal hydride storage battery using a sulfonated separator, the positive electrode plate and the negative electrode plate may be in direct contact with each other by breaking the separator.

また、スルホン化処理されたセパレータは、他の親水化処理が施されたセパレータに比べて吸液性に劣る。特に、高出力用途電池では、正極板と負極板との間でイオンの移動経路(電導経路)を確保する必要があり、減圧注液により、セパレータ内に液を浸透させている。この点、フッ素ガス処理されたセパレータは吸液性・親水性に優れており、フッ素ガス処理されたセパレータを用いたニッケル水素蓄電池では、注液後もそれ自身の吸液性にて液浸透が行われて電導経路が十分に確保され、高出力化が図られる。その他、プラズマ処理、界面活性剤処理などもフッ素ガス処理と同様の効果が得られる。   Moreover, the separator which carried out the sulfonation process is inferior to a liquid absorptivity compared with the separator which performed the other hydrophilic treatment. In particular, in a high-power application battery, it is necessary to secure an ion movement path (conduction path) between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the liquid is infiltrated into the separator by vacuum injection. In this regard, the separator treated with fluorine gas is excellent in liquid absorbency and hydrophilicity, and in the nickel metal hydride storage battery using the separator treated with fluorine gas, the liquid permeation is possible even after pouring due to its own liquid absorbency. As a result, a sufficient conduction path is ensured and high output is achieved. In addition, plasma treatment, surfactant treatment, and the like can provide the same effects as the fluorine gas treatment.

そこで、自己放電抑制と耐ショート性、出力特性との関係から、2種類のセパレータを用いた円筒型のニッケル水素蓄電池が提案されている(特許文献1)。
特許文献1の電池では、2種類のセパレータのうち一方のセパレータには、強度を確保すべく例えばフッ素ガス処理が施され、他方のセパレータにはスルホン化処理が施されている。そして、フッ素ガス処理が施されたセパレータが正極板の外側に配置され、スルホン化処理されたセパレータが正極板の内側に配置される。
特開2004-31293号公報
Therefore, a cylindrical nickel-metal hydride storage battery using two types of separators has been proposed from the relationship between suppression of self-discharge, short-circuit resistance, and output characteristics (Patent Document 1).
In the battery of Patent Document 1, one of the two types of separators is subjected to, for example, fluorine gas treatment to ensure strength, and the other separator is subjected to sulfonation treatment. And the separator which performed the fluorine gas process is arrange | positioned on the outer side of a positive electrode plate, and the separator which carried out the sulfonation process is arrange | positioned on the inner side of a positive electrode plate.
JP 2004-31293 A

しかしながら、特許文献1のニッケル水素蓄電池にあっては、極板の面積をある一定の面積以上に増大すると、逆に出力が低下するという問題がある。特にこの問題は、2種類のセパレータのうち一方のセパレータには、強度を確保すべく例えばフッ素ガス処理が施され、他方のセパレータにはスルホン化処理が施されており、かつ、電池の内圧上昇を防止すべく、負極板が非水溶性高分子結着剤を含む場合に顕著になる。   However, in the nickel-metal hydride storage battery of Patent Document 1, when the area of the electrode plate is increased beyond a certain area, there is a problem that the output is decreased. In particular, one of the two types of separators is subjected to fluorine gas treatment, for example, to ensure strength, and the other separator is subjected to sulfonation treatment, and the internal pressure of the battery is increased. In order to prevent this, it becomes prominent when the negative electrode plate contains a water-insoluble polymer binder.

本発明は上述の事情に基づいてなされたものであって、その目的とするところは、極板の面積をある一定以上に増大しても、出力が低下することなく大きくなるニッケル水素蓄電池を提供することにある。   The present invention has been made based on the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a nickel-metal hydride storage battery in which the output does not decrease even if the area of the electrode plate is increased beyond a certain level. There is to do.

本発明者らは、上記した目的を達成すべく種々検討を重ねる過程で、上述した問題の原因を解明し、これを解決することに成功して本発明に想到した。
より詳しくは、本発明者らは、充放電させた電池を分解して負極板を観察したところ、負極板の面積がある一定の面積以上に増大すると、電解液の浸透が不十分な領域が発生することを見出した。そして、このような領域の存在から、負極板の面積がある一定の面積以上に増大すると、正極板と負極板との間においてアルカリ電解液が不均一に分布するようになり、増大した負極板の面積が有効に活用されず、高出力化が阻害されると考えた。
In the course of various studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have clarified the cause of the above-mentioned problem and succeeded in solving the problem and have arrived at the present invention.
More specifically, the present inventors disassembled the charged / discharged battery and observed the negative electrode plate. When the area of the negative electrode plate increased beyond a certain area, there was a region where the electrolyte solution was insufficiently penetrated. It was found to occur. When the area of the negative electrode plate increases beyond a certain area due to the presence of such a region, the alkaline electrolyte is unevenly distributed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the increased negative electrode plate The area was not used effectively, and high output was impeded.

このようなアルカリ電解液の不均一な分布について発明者らは更に検討し、以下の原因を究明した。すなわち、アルカリ電解液の不均一な分布は、正極板、負極板及びセパレータの薄型化及び大型化に伴って、これら極板とセパレータとの間の隙間が減少して分散し、隙間に存在するアルカリ電解液が局在化したことに加えて、薄型化に伴ってセパレータの緻密性を向上させる必要があり、それに伴い電解液の吸収が困難になっていること、スルホン化処理セパレータとフッ素ガス処理セパレータの吸液性の違いなどからセパレータ内でもアルカリ電解液が局在化したことによると考えた。特に、負極板とセパレータとの間の隙間でのアルカリ電解液の局在化は、負極板が非水溶性高分子結着剤を含む場合、当該結着剤の撥水性に基づきより顕著になるものと考えた。   The inventors further investigated the uneven distribution of the alkaline electrolyte and investigated the following causes. That is, the non-uniform distribution of the alkaline electrolyte is present in the gap as the gap between the electrode plate and the separator is reduced and dispersed as the positive electrode plate, the negative electrode plate and the separator are made thinner and larger. In addition to the localization of the alkaline electrolyte, it is necessary to improve the density of the separator as the thickness is reduced, and the absorption of the electrolyte has become difficult as a result. The sulfonated separator and the fluorine gas It was thought that the alkaline electrolyte was localized in the separator because of the difference in liquid absorption of the treated separator. In particular, the localization of the alkaline electrolyte in the gap between the negative electrode plate and the separator becomes more prominent when the negative electrode plate contains a water-insoluble polymer binder based on the water repellency of the binder. I thought.

そこで、発明者らは、正極板と負極板との間でアルカリ電解液を均一に分布させる手段を開発し、本発明に想到した。
本発明によれば、容器内にアルカリ電解液とともに収容された渦巻き状の電極群を備えるニッケル水素電池において、前記電極群は、水素吸蔵合金粒子及び当該水素吸蔵合金粒子を結着する非水溶性高分子結着剤を含み且つ単位容量当たりの有効表面積が70cm/Ah以上である負極板と、前記負極板とともに渦巻き状に巻回され、正極活物質として水酸化ニッケルを含む正極板と、前記正極板の外面と前記負極板の内面との間に配置され、ポリオレフィン系繊維の不織布からなる第1セパレータと、前記正極板の内面と前記負極板の外面との間に配置され、ポリオレフィン系繊維の不織布からなる第2セパレータとを有し、前記第1セパレータ及び第2セパレータのうち一方の不織布には、フッ素ガス処理、プラズマ処理及び界面活性剤処理のなかから選ばれる少なくとも1つの親水化処理が施され、他方の不織布には、スルホン化処理とプラズマ処理及び界面活性剤処理のうち一方とが施されていることを特徴とするニッケル水素蓄電池が提供される(請求項1)。
Accordingly, the inventors have developed means for uniformly distributing the alkaline electrolyte between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and have arrived at the present invention.
According to the present invention, in a nickel metal hydride battery including a spiral electrode group housed together with an alkaline electrolyte in a container, the electrode group includes a water-absorbing alloy particle and a water-insoluble material that binds the hydrogen-absorbing alloy particle. A negative electrode plate containing a polymer binder and having an effective surface area per unit capacity of 70 cm 2 / Ah or more, a positive electrode plate wound in a spiral with the negative electrode plate, and containing nickel hydroxide as a positive electrode active material; A first separator made of a non-woven polyolefin fiber, disposed between the outer surface of the positive electrode plate and the inner surface of the negative electrode plate, and disposed between the inner surface of the positive electrode plate and the outer surface of the negative electrode plate; A second separator made of a nonwoven fabric of fibers, and one nonwoven fabric of the first separator and the second separator has a fluorine gas treatment, a plasma treatment, and a surfactant treatment. Provided is a nickel-metal hydride storage battery that is subjected to at least one hydrophilization treatment selected from the above, and the other nonwoven fabric is subjected to one of sulfonation treatment, plasma treatment, and surfactant treatment. (Claim 1).

好適な態様として、前記第1セパレータの不織布に前記フッ素ガス処理、プラズマ処理及び界面活性剤処理のなかから選ばれる少なくとも1つの親水化処理が施され、前記第2セパレータの不織布に前記スルホン化処理と前記プラズマ処理及び界面活性剤処理のうち一方とが施されている(請求項2)。
好適な態様として、前記第2セパレータは、前記スルホン化処理の後に前記プラズマ処理が施されている(請求項3)。
As a preferred embodiment, the nonwoven fabric of the first separator is subjected to at least one hydrophilic treatment selected from the fluorine gas treatment, plasma treatment and surfactant treatment, and the nonwoven fabric of the second separator is subjected to the sulfonation treatment. And one of the plasma treatment and the surfactant treatment (Claim 2).
As a preferred aspect, the second separator is subjected to the plasma treatment after the sulfonation treatment (Claim 3).

好適な態様として、前記第2セパレータは、30分間での水酸化カリウム水溶液の吸液高さが5mm以上120mm以下の範囲にある(請求項4)。
好適な態様として、前記第2セパレータは、30分間での水酸化カリウム水溶液の吸液高さが5mm以上60mm以下の範囲にある(請求項5)。
In a preferred embodiment, the second separator has a liquid absorption height of a potassium hydroxide aqueous solution in a range of 5 mm or more and 120 mm or less in 30 minutes (Claim 4).
As a preferred embodiment, the second separator has a liquid absorption height of a potassium hydroxide aqueous solution in a range of 5 mm or more and 60 mm or less in 30 minutes (Claim 5).

本発明の請求項1のニッケル水素蓄電池では、他方のセパレータの不織布に、スルホン化処理に加えて、プラズマ処理及び界面活性剤のうち一方が施されている。このため、他方のセパレータでは親水性が増大し、アルカリ電解液の吸液性が向上しており、セパレータの緻密性が高くても、その内部にアルカリ電解液が略均一に分布する。また、親水性が増大したことにより、負極板が撥水性の非水溶性高分子結着剤を含んでいても、負極板と他方のセパレータとの間の隙間にアルカリ電解液が略均一に分布する。従って、この電池では、負極板の単位容量当たりの有効表面積が70cm/Ahを超えていても、正極板と負極板とが対向する全領域にてアルカリ電解液が均一に分布し、この結果として、電池反応が均一に進行して高出力化が達成される。 In the nickel metal hydride storage battery according to claim 1 of the present invention, one of plasma treatment and surfactant is applied to the nonwoven fabric of the other separator in addition to the sulfonation treatment. For this reason, the hydrophilicity of the other separator is increased, the liquid absorbency of the alkaline electrolyte is improved, and the alkaline electrolyte is distributed substantially uniformly inside the separator even if the separator is highly dense. In addition, due to the increased hydrophilicity, the alkaline electrolyte is distributed substantially uniformly in the gap between the negative electrode plate and the other separator even if the negative electrode plate contains a water-repellent water-insoluble polymer binder. To do. Therefore, in this battery, even if the effective surface area per unit capacity of the negative electrode plate exceeds 70 cm 2 / Ah, the alkaline electrolyte is uniformly distributed in the entire region where the positive electrode plate and the negative electrode plate face each other. As a result, the battery reaction proceeds uniformly and high output is achieved.

請求項2のニッケル水素蓄電池では、正極板の内面と負極板の外面との間に配置される第2セパレータの不織布にスルホン化処理が施されており、正極板の外面と負極板の内面との間に配置された第1セパレータは、第2セパレータよりも強度が高い。このように、第1セパレータに、より強度の高いセパレータを適用したことで、このニッケル水素蓄電池では、内部ショートの発生が防止される。   In the nickel-metal hydride storage battery according to claim 2, the non-woven fabric of the second separator disposed between the inner surface of the positive electrode plate and the outer surface of the negative electrode plate is subjected to sulfonation treatment, and the outer surface of the positive electrode plate and the inner surface of the negative electrode plate The first separator disposed between the two has higher strength than the second separator. Thus, by using a higher strength separator as the first separator, in this nickel metal hydride storage battery, occurrence of an internal short circuit is prevented.

請求項3のニッケル水素蓄電池では、第2セパレータに、スルホン化処理の後にプラズマ処理が施されている。界面活性剤処理では界面活性剤を付着、乾燥させているのみであり、その脱落の可能性が高いが、プラズマ処理では、プラズマガス種に対応した元素が第2セパレータに導入され、導入された元素は第2セパレータの繊維と結合するため、この元素が長期的にみて電池特性に悪影響を及ぼすことはない。   In the nickel-metal hydride storage battery according to claim 3, the second separator is subjected to plasma treatment after sulfonation treatment. In the surfactant treatment, the surfactant is only attached and dried, and there is a high possibility that it will fall off. In the plasma treatment, an element corresponding to the plasma gas type is introduced into the second separator and introduced. Since the element is bonded to the fiber of the second separator, this element does not adversely affect the battery characteristics in the long term.

請求項4のニッケル水素蓄電池では、第2セパレータの水酸化カリウム水溶液の吸液高さが、30分間で5mm以上120mm以下の範囲にある。吸液高さがこの範囲にあることで、正極板と負極板とが対向する全領域にてアルカリ電解液が均一に確実に分布する。
すなわち、ニッケル水素蓄電池において、第2セパレータがその吸液性に基づいてアルカリ電解液を均一に吸収するためには、吸液高さが30分間で5mm以上であることが必要である。
In the nickel metal hydride storage battery of claim 4, the liquid absorption height of the potassium hydroxide aqueous solution of the second separator is in the range of 5 mm to 120 mm in 30 minutes. When the liquid absorption height is within this range, the alkaline electrolyte is uniformly and reliably distributed in the entire region where the positive electrode plate and the negative electrode plate face each other.
That is, in the nickel metal hydride storage battery, in order for the second separator to uniformly absorb the alkaline electrolyte based on its liquid absorbency, the liquid absorption height needs to be 5 mm or more in 30 minutes.

また、吸液高さが30分間で120mm以下の範囲に入るようプラズマ処理を施した場合には、プラズマ処理によって第2セパレータで絶縁破壊が発生せず、電池の内部ショートが防止される。一方、第2セパレータに、吸液高さ30分間で120mm以下の範囲に入るよう界面活性剤処理を施した場合には、不純物が電池性能に与える影響を小さくでき、更に、処理後のセパレータ乾燥時間も短縮される。   In addition, when the plasma treatment is performed so that the liquid absorption height falls within a range of 120 mm or less in 30 minutes, the dielectric breakdown does not occur in the second separator due to the plasma treatment, and the internal short circuit of the battery is prevented. On the other hand, if the second separator is treated with a surfactant so as to fall within the range of 120 mm or less at a liquid absorption height of 30 minutes, the influence of impurities on battery performance can be reduced, and further, the separator is dried after the treatment. Time is also shortened.

請求項5のニッケル水素蓄電池では、第2セパレータの水酸化カリウム水溶液の吸液高さが、30分間で5mm以上60mm以下の範囲にある。
この電池では、第2セパレータに界面活性剤処理が施されている場合には、注液前に正負極間の絶縁性を検査する際、界面活性剤が吸収した水分による抵抗低下(疑似ショート)を絶縁不良と誤判定するのが防止される。
In the nickel metal hydride storage battery of claim 5, the liquid absorption height of the potassium hydroxide aqueous solution of the second separator is in the range of 5 mm to 60 mm in 30 minutes.
In this battery, when the surfactant treatment is applied to the second separator, when the insulation between the positive and negative electrodes is inspected before the injection, the resistance decreases due to moisture absorbed by the surfactant (pseudo short). Is erroneously determined to be poor insulation.

一方、第2セパレータにプラズマ処理が施されている場合には、プラズマ処理の処理時間が短縮され、生産性が向上する。   On the other hand, when the second separator is subjected to plasma processing, the processing time of the plasma processing is shortened and productivity is improved.

図1は、本発明の一実施形態のニッケル水素蓄電池を示す。
この電池は、有底円筒形状の外装缶2を備え、外装缶2の中に渦巻き状の電極群4がアルカリ電解液(図示せず)とともに収容されている。アルカリ電解液は、溶質の主体として水酸化カリウム(KOH)を含む苛性アルカリ水溶液である。アルカリ電解液は、水酸化リチウム(LiOH)及び水酸化ナトリウム(NaOH)のうち一方又は両方を更に含んでいてもよい。
FIG. 1 shows a nickel metal hydride storage battery according to an embodiment of the present invention.
This battery includes a cylindrical outer can 2 with a bottom, and a spiral electrode group 4 is accommodated in the outer can 2 together with an alkaline electrolyte (not shown). The alkaline electrolyte is a caustic aqueous solution containing potassium hydroxide (KOH) as a main solute. The alkaline electrolyte may further contain one or both of lithium hydroxide (LiOH) and sodium hydroxide (NaOH).

電極群4は、それぞれ帯状の正極板6、負極板8、第1セパレータ10a及び第2セパレータ10bを渦巻き状に巻回して形成され、第1セパレータ10aは、正極板6の外面と負極板8の内面との間に位置付けられ、第2セパレータ10bは、正極板6の内面と負極板8の外面との間に位置付けられている。
外装缶2の開口端内には、リング状の絶縁性ガスケット12を介して、中央にガス抜き孔14を有する円形の蓋板16が配置されている。これら絶縁性ガスケット12及び蓋板16は、かしめ加工された外装缶2の開口端縁によって固定されている。
The electrode group 4 is formed by spirally winding a strip-like positive electrode plate 6, a negative electrode plate 8, a first separator 10 a and a second separator 10 b, and the first separator 10 a includes the outer surface of the positive electrode plate 6 and the negative electrode plate 8. The second separator 10 b is positioned between the inner surface of the positive electrode plate 6 and the outer surface of the negative electrode plate 8.
A circular lid plate 16 having a gas vent hole 14 in the center is disposed in the open end of the outer can 2 via a ring-shaped insulating gasket 12. The insulating gasket 12 and the cover plate 16 are fixed by the opening edge of the caulked outer can 2.

電極群4の正極板6と蓋板16の内面との間には、これらの間を電気的に接続する正極集電体17及び正極リード18が配置されている。一方、電極群4の負極板8と外装缶2の底面との間には、これらの間を電気的に接続する負極集電体20が配置されている。
蓋板16の外面には、ガス抜き孔14を閉塞するように弁体22が配置され、更に、弁体22を囲むようにフランジ付きの円筒形状の正極端子24が取り付けられている。弁体22の背面と正極端子24の端壁との間には、圧縮コイルばね26が配置され、圧縮コイルばね26は、所定の付勢力にて弁体を蓋板に押し付けている。
A positive electrode current collector 17 and a positive electrode lead 18 are disposed between the positive electrode plate 6 of the electrode group 4 and the inner surface of the cover plate 16 to electrically connect them. On the other hand, a negative electrode current collector 20 that electrically connects between the negative electrode plate 8 of the electrode group 4 and the bottom surface of the outer can 2 is disposed.
A valve body 22 is arranged on the outer surface of the cover plate 16 so as to close the gas vent hole 14, and a cylindrical positive electrode terminal 24 with a flange is attached so as to surround the valve body 22. A compression coil spring 26 is disposed between the back surface of the valve body 22 and the end wall of the positive electrode terminal 24, and the compression coil spring 26 presses the valve body against the lid plate with a predetermined urging force.

以下、正極板6、負極板8、第1セパレータ10a及び第2セパレータ10bについて詳述する。
正極板6は、焼結式ニッケル電極であり、正極基板として多孔性のニッケル焼結基板を有する。ニッケル焼結基板の細孔内には正極合剤が担持され、正極合剤は正極活物質としての水酸化ニッケル及び導電剤としての水酸化コバルトを含む。
Hereinafter, the positive electrode plate 6, the negative electrode plate 8, the first separator 10a, and the second separator 10b will be described in detail.
The positive electrode plate 6 is a sintered nickel electrode, and has a porous nickel sintered substrate as a positive electrode substrate. A positive electrode mixture is supported in the pores of the nickel sintered substrate, and the positive electrode mixture contains nickel hydroxide as a positive electrode active material and cobalt hydroxide as a conductive agent.

負極板8は、水素吸蔵合金電極であり、負極基板として、例えばパンチングメタルを有する。パンチングメタルには、その貫通孔内に負極合剤が充填されるとともに、その両面に層状の負極合剤が保持されている。負極板8の両面における負極合剤層の表面積をXとし、負極板の容量をYとしたとき、容量Yに対する表面積Xの比(単位容量当たりの有効表面積)X/Yは70cm/Ah以上である。 The negative electrode plate 8 is a hydrogen storage alloy electrode, and has, for example, a punching metal as the negative electrode substrate. The punching metal is filled with a negative electrode mixture in its through-holes, and a layered negative electrode mixture is held on both sides thereof. When the surface area of the negative electrode mixture layer on both surfaces of the negative electrode plate 8 is X and the capacity of the negative electrode plate is Y, the ratio of the surface area X to the capacity Y (effective surface area per unit capacity) X / Y is 70 cm 2 / Ah or more It is.

負極合剤は、水素吸蔵合金粒子、結着剤及び必要に応じて導電剤を含む。水素吸蔵合金粒子は、例えばAB型、AB3.5型の水素吸蔵合金からなり、負極活物質としての水素を電気化学的に吸蔵・放出可能である。前述の負極板8の容量Yは、温度が40℃で、水素平衡圧が1MPaのときの合金の単位質量当たりの水素吸蔵量と負極板8の合金質量の積から求められる。 The negative electrode mixture includes hydrogen storage alloy particles, a binder, and, if necessary, a conductive agent. The hydrogen storage alloy particles are made of, for example, an AB 5 type or AB 3.5 type hydrogen storage alloy, and can electrochemically store and release hydrogen as a negative electrode active material. The capacity Y of the negative electrode plate 8 is obtained from the product of the hydrogen storage amount per unit mass of the alloy and the alloy mass of the negative electrode plate 8 when the temperature is 40 ° C. and the hydrogen equilibrium pressure is 1 MPa.

導電剤としては、例えばカーボン粉末などを用いることができる。
結着剤は非水溶性高分子からなり、例えば、SBR(スチレンブタジエンラテックス)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)の他、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、芳香族オレフィン、共役ジエン、オレフィンから選択される2種以上を含む共重合体等から選択された1種又は2種以上を用いることができる。なお、結着剤として、必要に応じて非水溶性高分子結着剤とともに、水溶性増粘剤を併用してもよく、例えば、CMC(カルボキシメチルセルロース)、PVA(ポリビニルアルコール)、PEO(ポリエチレンオキシド)、ポリアクリル酸塩等から選択された1種又は2種以上を用いてもよい。
For example, carbon powder can be used as the conductive agent.
The binder is made of a water-insoluble polymer and is selected from, for example, SBR (styrene butadiene latex), PTFE (polytetrafluoroethylene), acrylic ester, methacrylic ester, aromatic olefin, conjugated diene, and olefin. 1 type, or 2 or more types selected from a copolymer containing 2 or more types can be used. As the binder, a water-soluble thickener may be used in combination with a water-insoluble polymer binder as necessary. For example, CMC (carboxymethyl cellulose), PVA (polyvinyl alcohol), PEO (polyethylene) One or two or more selected from ethylene oxide) and polyacrylates may be used.

第1セパレータ10a及び第2セパレータ10bは、主としてポリオレフィン系合成樹脂の繊維からなる不織布に、親水化処理を施したものである。
具体的には、不織布はポリオレフィン系合成樹脂の繊維を材料として、例えば乾式法、湿式法、スパンボンド法、メルトブロー法等によって作製され、ポリオレフィン系合成樹脂の繊維としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどの合成樹脂を用いることができる。
The first separator 10a and the second separator 10b are obtained by subjecting a nonwoven fabric mainly made of polyolefin synthetic resin fibers to a hydrophilic treatment.
Specifically, the nonwoven fabric is produced by using a polyolefin synthetic resin fiber as a material, for example, by a dry method, a wet method, a spunbond method, a melt blow method, and the like, and as the polyolefin synthetic resin fiber, for example, polyethylene, polypropylene, etc. A synthetic resin can be used.

また、繊維の構造については、単一構造や芯鞘型の複合構造の繊維を用いることができ、芯鞘型の繊維の場合、ポリオレフィン系合成樹脂からなる芯材の表面が芯材とは異なるポリオレフィン系合成樹脂の鞘材で被覆される。
第1セパレータ10a及び第2セパレータ10bとの間では、不織布に施される親水化処理が相違し、第1セパレータ10aでは、不織布に対してフッ素ガス処理、プラズマ処理及び界面活性剤処理のなかから選ばれる少なくとも1つの親水化処理が施される。別の表現をすれば、第1セパレータ10aでは、不織布に対してスルホン化処理以外の親水化処理が施される。
As for the fiber structure, a single structure or a core-sheath type composite structure fiber can be used. In the case of a core-sheath type fiber, the surface of the core material made of polyolefin synthetic resin is different from the core material. Covered with a sheath material of polyolefin-based synthetic resin.
The first separator 10a and the second separator 10b differ in the hydrophilic treatment applied to the nonwoven fabric. In the first separator 10a, the nonwoven fabric is subjected to fluorine gas treatment, plasma treatment, and surfactant treatment. At least one selected hydrophilic treatment is performed. In other words, in the first separator 10a, the nonwoven fabric is subjected to a hydrophilic treatment other than the sulfonation treatment.

フッ素ガス処理は、例えば、不活性ガスで希釈したフッ素ガスに酸素ガス、二酸化炭素ガス、二酸化硫黄ガスなどを更に添加した混合ガスを用いて不織布を処理することによって行なわれる。フッ素ガス処理によって、不織布の繊維にはOH、COOH、SO3Hなどの親水基が導入される。
界面活性剤処理では、不織布が、界面活性剤を溶解した溶液中に浸漬された後、乾燥させられる。界面活性剤としては、例えば、脂肪酸塩、アルキルエトキシカルボン酸塩、アシル化アミノ酸塩等の飽和カルボン酸塩や硫酸エステル塩、スルホン酸塩等を用いることができる。界面活性剤処理では、不織布の繊維に界面活性剤が吸着し、親水性が向上する。
The fluorine gas treatment is performed, for example, by treating the nonwoven fabric with a mixed gas obtained by further adding oxygen gas, carbon dioxide gas, sulfur dioxide gas or the like to fluorine gas diluted with an inert gas. The fluorine gas treatment introduces hydrophilic groups such as OH, COOH, SO 3 H into the nonwoven fabric fibers.
In the surfactant treatment, the nonwoven fabric is dipped in a solution in which the surfactant is dissolved and then dried. Examples of the surfactant that can be used include saturated carboxylates such as fatty acid salts, alkyl ethoxy carboxylates, acylated amino acid salts, sulfate ester salts, sulfonates, and the like. In the surfactant treatment, the surfactant is adsorbed on the fibers of the nonwoven fabric, and the hydrophilicity is improved.

また、プラズマ処理は、酸素ガスをプラズマ化して酸素のラジカルを発生させ、この酸素のラジカルで不織布を処理することにより行われる。プラズマ処理によって、不織布の繊維にはOH、COOH基等の親水性官能基が導入される。
なお、上記親水化処理のなかでは、得られるセパレータの吸液性と長期安定性に優れるため、フッ素ガス処理が好ましい。
The plasma treatment is performed by converting oxygen gas into plasma to generate oxygen radicals and treating the nonwoven fabric with the oxygen radicals. By the plasma treatment, hydrophilic functional groups such as OH and COOH groups are introduced into the nonwoven fabric fibers.
Among the above hydrophilization treatments, fluorine gas treatment is preferable because the resulting separator is excellent in liquid absorbency and long-term stability.

一方、第2セパレータ10bの不織布には、スルホン化処理の後、界面活性剤処理及びプラズマ処理のうち一方が施され、好ましくは、これらのうちプラズマ処理が施される。また、界面活性剤処理及びプラズマ処理の各処理条件は、第2セパレータ10bの水酸化カリウム水溶液の吸液高さHが30分間で5mm以上120mm以下の範囲に入るように設定されるのが好ましく、5mm以上60mm以下の範囲にあるのがより好ましい。   On the other hand, after the sulfonation treatment, the nonwoven fabric of the second separator 10b is subjected to one of a surfactant treatment and a plasma treatment, and preferably, a plasma treatment is performed. The treatment conditions for the surfactant treatment and the plasma treatment are preferably set so that the absorption height H of the potassium hydroxide aqueous solution of the second separator 10b falls within the range of 5 mm to 120 mm in 30 minutes. More preferably, it is in the range of 5 mm or more and 60 mm or less.

ここで、吸液高さHは、以下のようにして測定される。
第2セパレータを短冊状に切断した試料を、その下端部のみが水酸化カリウム水溶液に浸るように垂直に配置してから、30分間で水酸化カリウム水溶液が試料内を上昇した高さ(吸液高さH)をその水面を基準として測定する。測定に用いる水酸化カリウムの濃度は30質量%である。
Here, the liquid absorption height H is measured as follows.
The sample obtained by cutting the second separator into a strip shape was placed vertically so that only the lower end of the sample was immersed in the aqueous potassium hydroxide solution, and the height at which the aqueous potassium hydroxide solution rose within the sample in 30 minutes (liquid absorption) Height H) is measured with respect to the water surface. The concentration of potassium hydroxide used for the measurement is 30% by mass.

スルホン化処理は、硫酸もしくは発煙硫酸等の硫酸基を含む酸で不織布を処理することにより行われる。スルホン化処理によって不織布の繊維には、スルホン基(−SOH)等のSに起因した官能基が導入される。
なお、界面活性剤処理及びプラズマ処理の方法は、第1セパレータ10aの場合と同様であるため、説明を省略する。
The sulfonation treatment is performed by treating the nonwoven fabric with an acid containing a sulfate group such as sulfuric acid or fuming sulfuric acid. The functional group resulting from S, such as a sulfone group (—SO 3 H), is introduced into the nonwoven fabric fibers by the sulfonation treatment.
Note that the surfactant treatment and plasma treatment methods are the same as in the case of the first separator 10a, and thus the description thereof is omitted.

上述したニッケル水素蓄電池は、負極板8の単位容量当たりの有効表面積が70cm/Ah以上であり、負極板8が薄型且つ大型である。その上で、この電池は、正極板6と負極板8との間でアルカリ電解液が均一に分布するため、高出力である。理由を以下に示す。
上述したニッケル水素蓄電池では、第2セパレータ10bの不織布に、スルホン化処理に加えて、プラズマ処理及び界面活性剤のうち一方が施されている。このため、第2セパレータ10bでは親水性が増大し、アルカリ電解液の吸液性が向上しており、第2セパレータ10bの緻密性が高いため減圧注液直後での液分布が不均一でも、時間経過に従い吸液され、その内部にアルカリ電解液が略均一に分布する。
The above-described nickel metal hydride storage battery has an effective surface area per unit capacity of the negative electrode plate 8 of 70 cm 2 / Ah or more, and the negative electrode plate 8 is thin and large. In addition, this battery has a high output because the alkaline electrolyte is uniformly distributed between the positive electrode plate 6 and the negative electrode plate 8. The reason is as follows.
In the nickel metal hydride storage battery described above, one of plasma treatment and surfactant is applied to the nonwoven fabric of the second separator 10b in addition to the sulfonation treatment. For this reason, the hydrophilicity of the second separator 10b is increased, the liquid absorbency of the alkaline electrolyte is improved, and the denseness of the second separator 10b is high. The liquid is absorbed as time passes, and the alkaline electrolyte is distributed substantially uniformly therein.

また、第2セパレータ10bの親水性が増大したことにより、負極板8が撥水性の非水溶性高分子結着剤を含んでいても、負極板8と第2セパレータ10bとの間の隙間にアルカリ電解液が略均一に分布する。
従って、この電池では、負極板8の単位容量当たりの有効表面積が70cm/Ahを超えていても、正極板6と負極板8とが対向する全領域にてアルカリ電解液が均一に分布し、この結果として、電池反応が均一に進行して高出力化が達成される。
Further, since the hydrophilicity of the second separator 10b is increased, even if the negative electrode plate 8 contains a water-repellent water-insoluble polymer binder, the gap between the negative electrode plate 8 and the second separator 10b is increased. Alkaline electrolyte is distributed substantially uniformly.
Therefore, in this battery, even if the effective surface area per unit capacity of the negative electrode plate 8 exceeds 70 cm 2 / Ah, the alkaline electrolyte is uniformly distributed in the entire region where the positive electrode plate 6 and the negative electrode plate 8 face each other. As a result, the battery reaction proceeds uniformly and high output is achieved.

そして、この電池では、第2セパレータ10bの水酸化カリウム水溶液の吸液高さHが、30分間で5mm以上の範囲にある場合、正極板6と負極板8とが対向する全領域にてアルカリ電解液が確実に均一に分布するようになる。
なお、第2セパレータ10bに、スルホン化処理の後にプラズマ処理を施した場合、プラズマ処理では、第2セパレータ10bにプラズマガス種に対応した極性基が導入されるのみであり、この極性基が長期的にみて電池特性に悪影響を及ぼすことはない。
And in this battery, when the liquid absorption height H of the potassium hydroxide aqueous solution of the second separator 10b is in the range of 5 mm or more in 30 minutes, it is alkaline in the entire region where the positive electrode plate 6 and the negative electrode plate 8 face each other. The electrolyte is reliably distributed uniformly.
In addition, when the plasma treatment is performed on the second separator 10b after the sulfonation treatment, the plasma treatment only introduces a polar group corresponding to the plasma gas type into the second separator 10b. The battery characteristics are not adversely affected.

そして、第2セパレータ10bに、吸液高さHが30分間で5mm以上120mm以下の範囲に入るようプラズマ処理を施した場合には、プラズマ処理によって第2セパレータ10bで絶縁破壊が発生せず、電池の内部ショートが防止され、第2セパレータ10bに、吸液高さHが30分間で120mm以下の範囲に入るよう界面活性剤処理を施した場合には、不純物影響を小さくでき、また、処理後のセパレータ乾燥時間も短縮できる。   When the plasma treatment is performed on the second separator 10b so that the liquid absorption height H falls within the range of 5 mm to 120 mm within 30 minutes, the dielectric breakdown does not occur in the second separator 10b due to the plasma treatment, The internal short circuit of the battery is prevented, and when the surfactant treatment is applied to the second separator 10b so that the liquid absorption height H falls within the range of 120 mm or less in 30 minutes, the influence of impurities can be reduced and the treatment can be reduced. Later separator drying time can also be shortened.

更に、第2セパレータ10bに、吸液高さHが30分間で60mm以下の範囲に入るようプラズマ処理を施した場合には、プラズマ処理の処理時間が短縮されて、生産性が向上する。
一方、第2セパレータ10bに、吸液高さHが30分間で60mm以下の範囲に入るよう、第2セパレータ10bに界面活性剤処理を施した場合には、第2セパレータ10b中の界面活性剤が、長期的にみて、不純物として電池特性に影響を及ぼすのが防止され、電池の注液前に正負極間の絶縁性を検査する際、界面活性剤が吸収した水分による抵抗低下(疑似ショート)を絶縁不良と誤判定するのが防止される。
Further, when the plasma treatment is performed on the second separator 10b so that the liquid absorption height H falls within the range of 60 mm or less in 30 minutes, the treatment time of the plasma treatment is shortened and the productivity is improved.
On the other hand, when the surfactant treatment is applied to the second separator 10b so that the liquid absorption height H falls within the range of 60 mm or less in 30 minutes, the surfactant in the second separator 10b is used. However, in the long run, it is prevented from affecting the battery characteristics as an impurity, and when inspecting the insulation between the positive and negative electrodes before injecting the battery, the resistance decreases due to moisture absorbed by the surfactant (pseudo short) ) Is mistakenly determined to be an insulation failure.

実施例1
1.負極板の作製
組成がNd0.9Mg0.1(Ni0.9Co0.03Al0.07)3.5となるように金属原料を秤量して混合し、この混合物を高周波溶解炉で溶解してインゴットを得た。このインゴットを、温度1000℃のアルゴン雰囲気下にて10時間加熱し、インゴットにおける結晶構造を調整した。この後、インゴットを不活性雰囲気中で機械的に粉砕してから、400メッシュ〜200メッシュの間に入る粒子を篩い分け、上記組成を有する希土類―Mg−Ni系水素吸蔵合金粒子を得た。なお、得られた希土類―Mg−Ni系水素吸蔵合金粒子は、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した重量積分50%にあたる平均粒径が25μmであった。
Example 1
1. Preparation of negative electrode plate The metal raw materials were weighed and mixed so that the composition was Nd 0.9 Mg 0.1 (Ni 0.9 Co 0.03 Al 0.07 ) 3.5, and this mixture was mixed with a high frequency melting furnace. The ingot was obtained by dissolution. This ingot was heated in an argon atmosphere at a temperature of 1000 ° C. for 10 hours to adjust the crystal structure of the ingot. Thereafter, the ingot was mechanically pulverized in an inert atmosphere, and particles entering between 400 mesh and 200 mesh were sieved to obtain rare earth-Mg-Ni hydrogen storage alloy particles having the above composition. The obtained rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy particles had an average particle diameter of 25 μm corresponding to 50% weight integral measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer.

得られた合金粒子100質量部に対し、非水溶性高分子結着剤としてSBR(スチレンブタジエンラテックス)0.5質量部、CMC(カルボキシメチルセルロース)0.3質量部及び適量の純水を加えて混練し、負極用スラリを調製した。そして、負極用スラリが塗着されたニッケル製のパンチングシートを、室温での乾燥を経てから圧延・裁断し、有効表面積、即ち、負極板の両面に保持された2つの負極合剤層の表面積の和(縦×横×2面)が990cmの負極板を作製した。
得られた負極板に対し、温度が40℃で水素平衡圧が1.0MPaになるまで水素を吸蔵させ、このときの水素吸蔵量から求めた負極容量は13.5Ahであった。
To 100 parts by mass of the obtained alloy particles, 0.5 parts by mass of SBR (styrene butadiene latex), 0.3 parts by mass of CMC (carboxymethylcellulose) and an appropriate amount of pure water are added and kneaded as a water-insoluble polymer binder. A slurry was prepared. Then, the nickel punching sheet coated with the negative electrode slurry is rolled and cut after drying at room temperature, and the effective surface area, that is, the surface area of the two negative electrode mixture layers held on both surfaces of the negative electrode plate A negative electrode plate having a sum (vertical × horizontal × 2 surfaces) of 990 cm 2 was produced.
The obtained negative electrode plate was occluded with hydrogen until the temperature reached 40 ° C. and the hydrogen equilibrium pressure became 1.0 MPa, and the negative electrode capacity determined from the hydrogen occlusion amount at this time was 13.5 Ah.

2.正極板の作製
多孔度が約85%の多孔性ニッケル焼結基板を、硝酸ニッケル及び硝酸コバルトを含む比重が1.75の混合水溶液に浸漬した。この浸漬によって、その細孔内にニッケル塩及びコバルト塩を保持した焼結基板を、25質量%の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液に浸漬し、ニッケル塩及びコバルト塩をそれぞれ水酸化ニッケル及び水酸化コバルトに転換させた。この後、十分に水洗することで焼結基板から水酸化ナトリウム水溶液を除去し、乾燥を経てから、多孔性ニッケル焼結基板の細孔内に水酸化ニッケル及び水酸化コバルトを保持させた。
2. Production of Positive Electrode Plate A porous nickel sintered substrate having a porosity of about 85% was immersed in a mixed aqueous solution having a specific gravity of 1.75 containing nickel nitrate and cobalt nitrate. By this immersion, the sintered substrate holding the nickel salt and cobalt salt in the pores is immersed in a 25% by mass aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution, and the nickel salt and cobalt salt are respectively nickel hydroxide and hydroxide. Converted to cobalt. Thereafter, the sodium hydroxide aqueous solution was removed from the sintered substrate by washing thoroughly with water, and after drying, nickel hydroxide and cobalt hydroxide were held in the pores of the porous nickel sintered substrate.

多孔性ニッケル焼結基板に対し、上記した混合水溶液への浸漬、水酸化ナトリウム水溶液への浸漬、洗浄及び乾燥工程からなる充填プロセスを6回繰り返した後、室温で乾燥させてから所定寸法に裁断し、細孔内での水酸化ニッケル及び水酸化コバルトの充填密度が2.5g/cmの焼結式ニッケル電極を作製した。
得られた焼結式ニッケル電極では、有効表面積、即ち、電極の両面において正極合剤を充填した領域の面積の和(縦×横×2面)が920cmであった。
The porous nickel sintered substrate is subjected to the filling process consisting of the above-mentioned immersion in a mixed aqueous solution, immersion in a sodium hydroxide aqueous solution, washing and drying steps 6 times, and then dried at room temperature and then cut into a predetermined size. Then, a sintered nickel electrode having a packing density of nickel hydroxide and cobalt hydroxide in the pores of 2.5 g / cm 3 was produced.
In the obtained sintered nickel electrode, the effective surface area, that is, the sum of the areas filled with the positive electrode mixture on both sides of the electrode (length × width × 2 surfaces) was 920 cm 2 .

3.第1及び第2セパレータの作製
(1)不織布の作製
芯材がポリプロピレンからなり鞘材が低融点ポリエチレンからなる熱接着性を有する芯鞘型複合繊維と、高強度ポリプロピレン繊維とを材料に用い、乾燥温度が約135℃の湿式法で目付量が50g/mの不織布を作製した。
(2)第1セパレータの親水化処理(フッ素ガス処理)
得られた不織布を、窒素ガスで希釈したフッ素ガスと二酸化硫黄ガスの混合ガスで処理して表面を改質し、親水性を付与した。
3. Production of first and second separators (1) Production of non-woven fabric Using a core-sheath composite fiber having a thermal adhesive property in which the core material is made of polypropylene and the sheath material is made of low-melting polyethylene, and high-strength polypropylene fiber, A nonwoven fabric having a basis weight of 50 g / m 2 was produced by a wet method with a drying temperature of about 135 ° C.
(2) Hydrophilization treatment of the first separator (fluorine gas treatment)
The obtained nonwoven fabric was treated with a mixed gas of fluorine gas and sulfur dioxide gas diluted with nitrogen gas to modify the surface and impart hydrophilicity.

(3)第2セパレータの親水化処理(スルホン化処理+界面活性剤処理)
得られた不織布を発煙硫酸に浸漬してスルホン基を付与し、親水性を付与した。このスルホン化処理後の不織布での炭素原子に対する硫黄原子の割合(S/C)は、炭素原子1000個に対して硫黄原子が2.3個の割合であった。
そして、スルホン化処理した不織布を、界面活性剤としてのカルボン酸ナトリウム塩を含む溶液に浸漬して乾燥し、不織布の繊維に界面活性剤を吸着させた。
(4)第1及び第2セパレータの厚さ調整
親水化処理した第1及び第2セパレータの厚さを、一対の加熱ロール間を通過させることによって0.13mmにそれぞれ調整した。
(3) Hydrophilization treatment of the second separator (sulfonation treatment + surfactant treatment)
The obtained non-woven fabric was immersed in fuming sulfuric acid to give a sulfone group and to give hydrophilicity. The ratio of sulfur atoms to carbon atoms (S / C) in the nonwoven fabric after the sulfonation treatment was a ratio of 2.3 sulfur atoms to 1000 carbon atoms.
Then, the sulfonated nonwoven fabric was dipped in a solution containing sodium carboxylate as a surfactant and dried to adsorb the surfactant to the nonwoven fabric fibers.
(4) Thickness adjustment of 1st and 2nd separator The thickness of the 1st and 2nd separator which carried out the hydrophilic treatment was adjusted to 0.13 mm by passing between a pair of heating rolls, respectively.

4.ニッケル水素蓄電池の組立て
得られた正極板、負極板、第1セパレータ及び第2セパレータを巻回し、渦巻き状電極群を作製した。
この際、正極板の外面と負極板の内面との間に第1セパレータが位置付けられ、正極板の内面と負極板の外面との間に第2セパレータが位置付けられ、そして、電極群の外径が31mmになるように巻回した。また、電極群の一端部からは、正極板の基板であるニッケル焼結基板の端部が突出し、他端部からは、負極板の基板であるパンチングメタルの端部が突出するように巻回した。
4). Assembling of the Nickel Metal Hydride Battery The obtained positive electrode plate, negative electrode plate, first separator and second separator were wound to produce a spiral electrode group.
At this time, the first separator is positioned between the outer surface of the positive electrode plate and the inner surface of the negative electrode plate, the second separator is positioned between the inner surface of the positive electrode plate and the outer surface of the negative electrode plate, and the outer diameter of the electrode group Was wound to 31mm. In addition, the end of the nickel sintered substrate that is the substrate of the positive electrode plate protrudes from one end of the electrode group, and the end of the punching metal that is the substrate of the negative electrode plate protrudes from the other end. did.

この電極群に対し、その一端部にて突出するニッケル焼結基板に、多数の開口を有する円板状の正極集電体を溶接するとともに、他端部にて突出するパンチングメタルに多数の開口を有する円板状の負極集電体を溶接した。
この後、正極集電体には、正極リードとしての筒状体を更に溶接した。より詳しくは、筒状体は、断面が長円形状のパイプ(例えば、ニッケル製で厚みが0.3mmのもの)の両端部を斜めに切り落として形成される。筒状体は正極集電体の直径上に配置され、筒状体の下底を正極集電体にスポット溶接した。
For this electrode group, a disk-shaped positive electrode current collector having a large number of openings is welded to a nickel sintered substrate protruding at one end thereof, and a large number of openings are formed in a punching metal protruding at the other end. A disc-shaped negative electrode current collector having the following was welded.
Thereafter, a cylindrical body as a positive electrode lead was further welded to the positive electrode current collector. More specifically, the cylindrical body is formed by obliquely cutting off both ends of a pipe having an oval cross section (for example, made of nickel and having a thickness of 0.3 mm). The cylindrical body was disposed on the diameter of the positive electrode current collector, and the bottom of the cylindrical body was spot welded to the positive electrode current collector.

正極リードを溶接した後、電極群を外装缶内に収納し、負極集電体を外装缶の底面に溶接した。この後、外装缶内に、電解液として濃度が30質量%の水酸化カリウム水溶液を減圧注液してから、筒状体の上底に対して別に用意した封口体を溶接した。なお、封口体は、蓋板、絶縁ガスケット、弁体、圧縮コイルばね及び正極端子を含み、その蓋板が筒状体の上底に溶接された。
それから、パンチによって封口体を電極群に向けて押圧し、筒状体を圧縮変形させるとともに、外装缶の開口端縁を内方にかしめ加工し、公称容量6.0Ahの円筒型ニッケル水素蓄電池を作製した。
After welding the positive electrode lead, the electrode group was housed in the outer can and the negative electrode current collector was welded to the bottom surface of the outer can. Thereafter, an aqueous potassium hydroxide solution having a concentration of 30% by mass as an electrolytic solution was poured into the outer can under reduced pressure, and a separately prepared sealing body was welded to the upper bottom of the cylindrical body. The sealing body includes a lid plate, an insulating gasket, a valve body, a compression coil spring, and a positive electrode terminal, and the lid plate was welded to the upper bottom of the cylindrical body.
Then, the sealing body is pressed against the electrode group with a punch to compress and deform the cylindrical body, and the opening edge of the outer can is crimped inward to produce a cylindrical nickel-metal hydride storage battery with a nominal capacity of 6.0 Ah. did.

実施例2
界面活性剤処理に用いる溶液の濃度を高くした以外は実施例1の場合と同様にして、実施例2の電池を組み立てた。
実施例3
界面活性剤処理に用いる溶液の濃度を高くした以外は実施例2の場合と同様にして、実施例3の電池を組み立てた。
Example 2
A battery of Example 2 was assembled in the same manner as in Example 1 except that the concentration of the solution used for the surfactant treatment was increased.
Example 3
A battery of Example 3 was assembled in the same manner as in Example 2 except that the concentration of the solution used for the surfactant treatment was increased.

実施例4
界面活性剤処理に代えて、スルホン化処理した不織布をプラズマ装置の電極間に通し、酸素プラズマで処理した以外は実施例1の場合と同様にして、実施例4の電池を組み立てた。
実施例5
プラズマ処理の電流値を大きくした以外は実施例4の場合と同様にして、実施例5の電池を組み立てた。
実施例6
プラズマ処理の電流値を大きくした以外は実施例5の場合と同様にして、実施例6の電池を組み立てた。
Example 4
A battery of Example 4 was assembled in the same manner as in Example 1 except that the sulfonated nonwoven fabric was passed between the electrodes of the plasma device and treated with oxygen plasma instead of the surfactant treatment.
Example 5
A battery of Example 5 was assembled in the same manner as in Example 4 except that the current value of the plasma treatment was increased.
Example 6
A battery of Example 6 was assembled in the same manner as in Example 5 except that the current value of the plasma treatment was increased.

比較例1
界面活性剤処理を施さなかったこと以外は実施例1の場合と同様にして、比較例1の電池を組み立てた。
比較例2
表1に示したように、正極板及び負極板の有効表面積を小さくするとともに、第1及び第2セパレータの目付量及び厚さを変えたこと以外は比較例1の場合と同様にして、比較例2の電池を組み立てた。
なお、比較例1と比較例2との間では、正極板の活物質充填量及び負極板の負極容量は同じである。
Comparative Example 1
A battery of Comparative Example 1 was assembled in the same manner as in Example 1 except that the surfactant treatment was not performed.
Comparative Example 2
As shown in Table 1, the effective surface areas of the positive electrode plate and the negative electrode plate were reduced, and the comparison was made in the same manner as in Comparative Example 1 except that the basis weight and thickness of the first and second separators were changed. The battery of Example 2 was assembled.
In Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the active material filling amount of the positive electrode plate and the negative electrode capacity of the negative electrode plate are the same.

5.評価方法
(1)セパレータの液浸透性(吸液高さH)
実施例1〜6及び比較例1,2の第1及び第2セパレータにおける水酸化カリウム水溶液の液浸透性(吸液性)の指標として、吸液高さHを以下のようにして測定した。
巻回前の第1及び第2セパレータを短冊状に切断した試料を、その下端部のみが水酸化カリウム水溶液に浸るように垂直に配置してから、30分間で水酸化カリウム水溶液が試料内を上昇した高さ(吸液高さH)をその水面を基準として測定した。この結果を表1に示す。なお、測定に用いた水酸化カリウムの濃度は30質量%である。
5. Evaluation method (1) Liquid permeability of separator (liquid absorption height H)
The liquid absorption height H was measured as follows as an index of the liquid permeability (liquid absorption) of the aqueous potassium hydroxide solution in the first and second separators of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2.
A sample obtained by cutting the first and second separators before winding into a strip shape is placed vertically so that only the lower end of the sample is immersed in the aqueous potassium hydroxide solution. The raised height (liquid absorption height H) was measured with reference to the water surface. The results are shown in Table 1. The concentration of potassium hydroxide used for the measurement is 30% by mass.

(2)負極板での変色領域の面積割合
実施例1〜6及び比較例1,2の各電池について、温度が25℃の環境下において、1Itの充電電流で充電深度120%まで充電した。この後、1時間の休止時間をおいてから、各電池を温度が70℃の環境下に24時間放置(熟成)した。続けて、再び温度が25℃の環境下において、各電池を1Itの放電電流で0.3Vの終止電圧まで放電させた。それから、上述した充電、休止、放置及び放電工程からなる充放電サイクルを、更に2回繰り返した。
(2) Area ratio of discoloration region on negative electrode plate Each of the batteries of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 was charged to a charging depth of 120% with a charging current of 1 It in an environment where the temperature was 25 ° C. Thereafter, after a rest time of 1 hour, each battery was left (aged) for 24 hours in an environment of 70 ° C. Subsequently, each battery was discharged to a final voltage of 0.3 V with a discharge current of 1 It again in an environment where the temperature was 25 ° C. Then, the above-described charging / discharging cycle comprising charging, resting, leaving, and discharging steps was further repeated twice.

かくして充放電サイクルを3回繰り返した各電池を分解して負極板を取り出し、負極板へのアルカリ電解液の浸透状態を調べた。この結果、実施例1,2,4,5,6及び比較例1では、アルカリ電解液が十分に浸透していない領域があり、この領域では、水素吸蔵合金の酸化によるものと考えられる変色が認められた。そこで、変色領域が確認された負極板については、全表面積に対する変色領域の面積の割合を調べた。この結果を表1に示す。なお、変色領域の面積は、その長さ及び幅を測定し、これらの積として算出した。   Thus, each battery having the charge / discharge cycle repeated three times was disassembled, the negative electrode plate was taken out, and the penetration state of the alkaline electrolyte into the negative electrode plate was examined. As a result, in Examples 1, 2, 4, 5, 6 and Comparative Example 1, there was a region where the alkaline electrolyte solution did not sufficiently permeate, and in this region, the discoloration considered to be due to oxidation of the hydrogen storage alloy occurred. Admitted. Then, about the negative electrode plate by which the color-change area | region was confirmed, the ratio of the area of the color-change area with respect to the total surface area was investigated. The results are shown in Table 1. The area of the discoloration region was calculated as the product of the length and width measured.

Figure 0004812447
Figure 0004812447

6.評価結果
(1)表1から明らかなように、第2セパレータに界面活性剤処理又はプラズマ処理を施した実施例1〜6は、これらの処理を施さなかった比較例1に比べ、変色領域の面積割合が小さく、負極板に対するアルカリ電解液の浸透性において優れていた。
(2)実施例1〜3から、界面活性剤処理に用いる溶液の濃度が高いほど、吸液高さHが高くなり、変色面積の割合が低下するのがわかる。
(3)実施例4〜6から、プラズマ処理の電流値が大きいほど、吸液高さHが高くなり、変色面積の割合が低下するのがわかる。
(4)比較例2では、第2セパレータに界面活性剤処理及びプラズマ処理のいずれも施していないにもかかわらず、変色領域が発生しなかった。これは、比較例2では、比較例1に比べて、負極板の有効表面積が小さく、第1及び第2セパレータの目付量及び厚さが大きいため、極板間でアルカリ電解液が均一に分布したためと考えられる。
6). Evaluation Results (1) As is apparent from Table 1, Examples 1 to 6 in which the surfactant treatment or plasma treatment was performed on the second separator were compared with Comparative Example 1 in which these treatments were not performed. The area ratio was small, and the permeability of the alkaline electrolyte to the negative electrode plate was excellent.
(2) From Examples 1 to 3, it can be seen that the higher the concentration of the solution used for the surfactant treatment, the higher the liquid absorption height H and the lower the ratio of the discolored area.
(3) From Examples 4 to 6, it can be seen that the larger the current value of the plasma treatment, the higher the liquid absorption height H and the lower the ratio of the discolored area.
(4) In Comparative Example 2, no discoloration region was generated even though neither the surfactant treatment nor the plasma treatment was applied to the second separator. This is because in Comparative Example 2, the effective surface area of the negative electrode plate is small and the basis weight and thickness of the first and second separators are large compared to Comparative Example 1, so that the alkaline electrolyte is uniformly distributed between the electrode plates. It is thought that it was because.

一方、表1には示さないけれども、比較例2の電池の出力は、実施例1〜6に比べて極板の有効表面積が低いため、小さかった。これより、負極板における単位容量当たりの有効表面積が大きい電池では、第2セパレータに界面活性剤処理又はプラズマ処理を施すことによって、高出力化が達成されるのがわかる。
本発明は上記した一実施形態及び実施例に限定されることはなく、種々変形が可能である。例えば、一実施形態では、正極板6は、焼結式ニッケル電極であったけれども、非焼結式ニッケル電極を用いてもよい。
On the other hand, although not shown in Table 1, the output of the battery of Comparative Example 2 was small because the effective surface area of the electrode plate was lower than that of Examples 1-6. From this, it can be seen that in a battery having a large effective surface area per unit capacity in the negative electrode plate, high output can be achieved by subjecting the second separator to surfactant treatment or plasma treatment.
The present invention is not limited to the above-described embodiment and examples, and various modifications can be made. For example, in one embodiment, the positive electrode plate 6 is a sintered nickel electrode, but a non-sintered nickel electrode may be used.

また、一実施形態では、第1セパレータ10aの不織布に対してフッ素ガス処理、プラズマ処理及び界面活性剤処理のなかから選ばれる少なくとも1つの親水化処理が施され、第2セパレータ10bの不織布に対して、スルホン化処理と、界面活性剤処理及びプラズマ処理のうち一方とが施されたけれども、この逆あってもよい。ただし、内部ショートを防止するためには、第1セパレータ10aの不織布に対してフッ素ガス処理、プラズマ処理及び界面活性剤処理のなかから選ばれる少なくとも1つの親水化処理が施され、第2セパレータ10bの不織布に対して、スルホン化処理と、界面活性剤処理及びプラズマ処理のうち一方とが施されるのが好ましい。   In one embodiment, the nonwoven fabric of the first separator 10a is subjected to at least one hydrophilization treatment selected from fluorine gas treatment, plasma treatment, and surfactant treatment, and the nonwoven fabric of the second separator 10b is applied to the nonwoven fabric of the second separator 10b. Although the sulfonation treatment and one of the surfactant treatment and the plasma treatment are performed, the reverse may be possible. However, in order to prevent an internal short circuit, the nonwoven fabric of the first separator 10a is subjected to at least one hydrophilization treatment selected from fluorine gas treatment, plasma treatment, and surfactant treatment, and the second separator 10b. The non-woven fabric is preferably subjected to sulfonation treatment and one of surfactant treatment and plasma treatment.

本発明の一実施形態のニッケル水素蓄電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the nickel hydride storage battery of one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2 外装缶
4 電極群
6 正極板
8 負極板
10a 第1セパレータ
10b 第2セパレータ
2 Exterior can 4 Electrode group 6 Positive electrode plate 8 Negative electrode plate
10a First separator
10b Second separator

Claims (5)

容器内にアルカリ電解液とともに収容された渦巻き状の電極群を備えるニッケル水素電池において、
前記電極群は、
水素吸蔵合金粒子及び当該水素吸蔵合金粒子を結着する非水溶性高分子結着剤を含み且つ単位容量当たりの有効表面積が70cm/Ah以上である負極板と、
前記負極板とともに渦巻き状に巻回され、正極活物質として水酸化ニッケルを含む正極板と、
前記正極板の外面と前記負極板の内面との間に配置され、ポリオレフィン系繊維の不織布からなる第1セパレータと、
前記正極板の内面と前記負極板の外面との間に配置され、ポリオレフィン系繊維の不織布からなる第2セパレータと
を有し、
前記第1セパレータ及び第2セパレータのうち一方の不織布には、フッ素ガス処理、プラズマ処理及び界面活性剤処理のなかから選ばれる少なくとも1つの親水化処理が施され、他方の不織布には、スルホン化処理とプラズマ処理及び界面活性剤処理のうち一方とが施されている
ことを特徴とするニッケル水素蓄電池。
In a nickel metal hydride battery comprising a spiral electrode group housed together with an alkaline electrolyte in a container,
The electrode group includes:
A negative electrode plate comprising hydrogen storage alloy particles and a water-insoluble polymer binder that binds the hydrogen storage alloy particles, and an effective surface area per unit volume of 70 cm 2 / Ah or more;
A positive electrode plate that is spirally wound together with the negative electrode plate and contains nickel hydroxide as a positive electrode active material;
A first separator that is disposed between an outer surface of the positive electrode plate and an inner surface of the negative electrode plate and is made of a nonwoven fabric of polyolefin-based fibers;
The second separator is disposed between the inner surface of the positive electrode plate and the outer surface of the negative electrode plate, and is made of a nonwoven fabric of polyolefin fibers,
One nonwoven fabric of the first separator and the second separator is subjected to at least one hydrophilic treatment selected from fluorine gas treatment, plasma treatment and surfactant treatment, and the other nonwoven fabric is sulfonated. One of the treatment, the plasma treatment, and the surfactant treatment is performed.
前記第1セパレータの不織布に前記フッ素ガス処理、プラズマ処理及び界面活性剤処理のなかから選ばれる少なくとも1つの親水化処理が施され、
前記第2セパレータの不織布に前記スルホン化処理と前記プラズマ処理及び界面活性剤処理のうち一方とが施されている
ことを特徴とする請求項1に記載のニッケル水素蓄電池。
The nonwoven fabric of the first separator is subjected to at least one hydrophilization treatment selected from the fluorine gas treatment, plasma treatment and surfactant treatment,
The nickel hydride storage battery according to claim 1, wherein the non-woven fabric of the second separator is subjected to one of the sulfonation treatment, the plasma treatment, and the surfactant treatment.
前記第2セパレータは、前記スルホン化処理の後に前記プラズマ処理が施されていることを特徴とする請求項2に記載のニッケル水素蓄電池。   The nickel hydride storage battery according to claim 2, wherein the second separator is subjected to the plasma treatment after the sulfonation treatment. 前記第2セパレータは、30分間での水酸化カリウム水溶液の吸液高さが5mm以上120mm以下の範囲にあることを特徴とする請求項2に記載のニッケル水素蓄電池。   3. The nickel-metal hydride storage battery according to claim 2, wherein the second separator has a potassium hydroxide aqueous solution absorption height in a range of 5 mm to 120 mm in 30 minutes. 前記第2セパレータは、30分間での水酸化カリウム水溶液の吸液高さが5mm以上60mm以下の範囲にあることを特徴とする請求項4に記載のニッケル水素蓄電池。   5. The nickel-metal hydride storage battery according to claim 4, wherein the second separator has a potassium hydroxide aqueous solution absorption height in a range of 5 mm to 60 mm in 30 minutes.
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