JP5334498B2 - Alkaline storage battery - Google Patents

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Description

本発明は、水酸化ニッケルを主正極活物質とするニッケル正極と、水素吸蔵合金を負極活物質とする水素吸蔵合金負極と、セパレータとからなる電極群をアルカリ電解液とともに外装缶内に備えたアルカリ蓄電池に係り、特に、ハイブリッド自動車(HEV)、電気自動車(PEV)などの車両用途に好適なアルカリ蓄電池に関する。   The present invention includes an electrode group including a nickel positive electrode using nickel hydroxide as a main positive electrode active material, a hydrogen storage alloy negative electrode using a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material, and a separator in an outer can together with an alkaline electrolyte. The present invention relates to an alkaline storage battery, and more particularly to an alkaline storage battery suitable for use in a vehicle such as a hybrid vehicle (HEV) and an electric vehicle (PEV).

近年、二次電池の用途は、例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、電動工具、ハイブリッド自動車(HEV)、電気自動車(PEV)など多岐に亘るようになり、これらの用途にアルカリ蓄電池が用いられるようになった。これらのうち、特に、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(PEV)などのような車両関係の用途に用いられるアルカリ蓄電池においては、高出力性能および高耐久性能が特に必要となるが、これらの用途が成熟するに伴って、小型化、軽量化に対する要望が高まっている。   In recent years, secondary batteries have been used in a wide variety of applications such as mobile phones, personal computers, electric tools, hybrid vehicles (HEV), electric vehicles (PEV), etc., and alkaline storage batteries are used for these applications. became. Among these, particularly in alkaline storage batteries used for vehicle-related applications such as hybrid vehicles (HEV) and electric vehicles (PEV), high output performance and high durability performance are particularly required. As the market matures, there is an increasing demand for smaller and lighter weight.

ここで、小型化、軽量化の手法としては、例えば、負極に用いる水素吸蔵合金量を削減することによる軽量化が考えられるが、水素吸蔵合金量を削減すると、ニッケル活性点の減少による出力低下という新たな問題が生じることとなる。これを改善するため、高水素平衡圧の水素吸蔵合金を用いて作動電圧を高くする手法が特許文献1(特開2005−32573号公報)にて提案されるようになった。ところが、高水素平衡圧の水素吸蔵合金を用いると、充放電サイクル寿命が低下するという新たな問題が生じた。
特開2005−32573号公報
Here, as a technique for reducing the size and weight, for example, it is possible to reduce the weight by reducing the amount of hydrogen storage alloy used for the negative electrode, but if the amount of hydrogen storage alloy is reduced, the output decreases due to a decrease in the nickel active point. A new problem will arise. In order to improve this, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-32573) has proposed a method of increasing the operating voltage using a hydrogen storage alloy having a high hydrogen equilibrium pressure. However, when a hydrogen storage alloy having a high hydrogen equilibrium pressure is used, a new problem arises that the charge / discharge cycle life is reduced.
JP 2005-32573 A

そこで、本発明者等は、A519型構造の結晶構造を有し、かつ該A519型構造のA成分に対するB成分のモル比となる化学量論比(B/A)が3.8以上である水素吸蔵合金を用い、かつニッケル正極の容量Xに対する水素吸蔵合金負極の容量Yの比率となる容量比Z(=Y/X)が1.2以下(1.0<Z≦1.2)となる電池を部分充放電して使用することにより、低温出力と耐久性が両立できることを、先に、特願2007−253990号として提案した。 The present inventors have, A 5 B 19 type structure has a crystal structure, and the stoichiometric ratio of the molar ratio of B component to A component in the A 5 B 19 type structure (B / A) is A capacity ratio Z (= Y / X) that is a ratio of the capacity Y of the hydrogen storage alloy negative electrode to the capacity X of the nickel positive electrode is 1.2 or less (1.0 <Z It was previously proposed as Japanese Patent Application No. 2007-253990 that a low-temperature output and durability can be achieved by partially charging and discharging a battery satisfying ≦ 1.2).

ここで、更なる小型化、軽量化を行おうとした場合、小型、軽量で、しかも高出力の電池、即ち、高エネルギー密度の電池とする必要がある。そのため、電池容量当たりの最大放電可能な電流値(限界電流値)を考慮した電池サイズが必要となる。これは、単純な小型化、即ち、単純な電池サイズの小型化であると電池容量が低下するだけであるからである。このため、電池容量当たりの最大放電可能な電流値(限界電流値)を考慮した電池サイズとするための対策を講ずる必要があるという知見を得た。   Here, when further miniaturization and weight reduction are to be performed, it is necessary to make the battery small and light and have a high output, that is, a battery having a high energy density. Therefore, a battery size that takes into consideration the maximum dischargeable current value (limit current value) per battery capacity is required. This is because a simple reduction in size, that is, a reduction in the size of a simple battery only reduces the battery capacity. For this reason, it has been found that it is necessary to take measures to obtain a battery size that takes into account the maximum dischargeable current value (limit current value) per battery capacity.

本発明はこれらの知見に基づいてなされたものであって、電池容量当たりの最大放電可能な電流値(限界電流値)を考慮した電池サイズを選定して、小型、軽量で、しかも高出力の電池を得ることを目的としてなされたものである。   The present invention has been made on the basis of these findings. The battery size is selected in consideration of the maximum dischargeable current value (limit current value) per battery capacity, and is small, lightweight, and has high output. It was made for the purpose of obtaining a battery.

本発明のアルカリ蓄電池は、水素吸蔵合金を負極活物質とする水素吸蔵合金負極と、水酸化ニッケルを主正極活物質とするニッケル正極と、セパレータとからなる電極群をアルカリ電解液とともに外装缶内に備えている。そして、上記目的を達成するため、ニッケル正極は、主正極活物質となる水酸化ニッケルに亜鉛が添加されているとともに、該亜鉛の添加量は正極活物質層中のニッケル質量に対して5質量%以下であり、電池容量が4.5Ah以下で60Itの放電レートを超えて放電が可能となされていることを特徴とする。   The alkaline storage battery of the present invention comprises an electrode group consisting of a hydrogen storage alloy negative electrode using a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material, a nickel positive electrode using nickel hydroxide as a main positive electrode active material, and a separator in an outer can together with an alkaline electrolyte. In preparation. In order to achieve the above object, in the nickel positive electrode, zinc is added to nickel hydroxide as a main positive electrode active material, and the amount of zinc added is 5 mass relative to the mass of nickel in the positive electrode active material layer. %, The battery capacity is 4.5 Ah or less, and the discharge is allowed to exceed the discharge rate of 60 It.

ここで、亜鉛の添加量がニッケル質量に対して15質量%程度の通常のニッケル正極を備えた電池においては、アルカリ蓄電池を小型化、軽量化するために、単純に電池容量を4.5Ah以下に減少させると、60Itを超える放電レート(放電率)で放電が不能であることが分かった。ところが、亜鉛の添加量が正極活物質層中のニッケル質量に対して5質量%以下のニッケル正極を備えた電池において、電池容量を4.5Ah以下に減少させても60Itを超える放電レート(放電率)で放電が可能となることが分かった。   Here, in a battery equipped with a normal nickel positive electrode in which the amount of zinc added is about 15% by mass with respect to the nickel mass, the battery capacity is simply 4.5 Ah or less in order to reduce the size and weight of the alkaline storage battery. It was found that discharge was impossible at a discharge rate (discharge rate) exceeding 60 It. However, in a battery having a nickel positive electrode in which the amount of zinc added is 5% by mass or less based on the mass of nickel in the positive electrode active material layer, a discharge rate (discharge) exceeding 60 It even when the battery capacity is reduced to 4.5 Ah or less. It has been found that discharge is possible.

そこで、本発明のアルカリ蓄電池においては、主正極活物質となる水酸化ニッケルに亜鉛が添加されているとともに、電池容量が4.5Ah以下で、60Itを超える放電レート(放電率)で放電が可能となるように、亜鉛の添加量が正極活物質層中のニッケル質量に対して5質量%以下となるように添加されたニッケル正極を備えるようにしている。   Therefore, in the alkaline storage battery of the present invention, zinc is added to nickel hydroxide as the main positive electrode active material, and the battery capacity is 4.5 Ah or less, and discharge is possible at a discharge rate (discharge rate) exceeding 60 It. Thus, the nickel positive electrode added so that the added amount of zinc is 5% by mass or less with respect to the mass of nickel in the positive electrode active material layer is provided.

これにより、電池容量を小さくした分だけ、電池体積を減少させることが可能となって、出力密度(W/L)を増大させることが可能となる。そして、Ni質量に対するZnの質量が5質量%以下のニッケル正極を用いているので、60Itを超える放電レート(放電率)で放電が可能な電池となる。これにより、出力密度(W/L)が大きく、かつ部分充放電サイクル後の容量維持率が向上したアルカリ蓄電池が得られる。この場合、亜鉛の添加量が正極活物質層中のニッケル質量に対して5質量%以下となるように添加されたニッケル正極を備えると、メモリー効果も改善されて、長寿命化がなされるという効果も奏することも明らかになった。   As a result, the battery volume can be reduced as much as the battery capacity is reduced, and the output density (W / L) can be increased. And since the nickel positive electrode whose mass of Zn with respect to Ni mass is 5 mass% or less is used, it becomes a battery which can be discharged with the discharge rate (discharge rate) exceeding 60 It. As a result, an alkaline storage battery having a large output density (W / L) and an improved capacity retention rate after a partial charge / discharge cycle is obtained. In this case, if the nickel positive electrode added so that the added amount of zinc is 5 mass% or less with respect to the nickel mass in the positive electrode active material layer is provided, the memory effect is improved and the life is extended. It became clear that there was an effect.

なお、ニッケル正極はニッケル焼結基板の細孔内に少なくとも主正極活物質となる水酸化ニッケルと亜鉛とが含浸液の含浸処理とアルカリ処理とにより充填されたものであるのが好ましい。これは、溶液含浸によると、亜鉛の添加量を正極活物質層中のニッケル量に対して5質量%以下となるように添加することが容易となるからである。また、アルカリ電解液の濃度は6.5mol/L以下で、当該アルカリ電解液中に含有されるリチウム(Li)量が0.3mol/L以上であって、水酸化ナトリウムと、水酸化カリウムと、水酸化リチウムとからなる混合アルカリ水溶液を用いるのが好ましい。   The nickel positive electrode is preferably one in which at least nickel hydroxide and zinc, which are the main positive electrode active materials, are filled in the pores of the sintered nickel substrate by the impregnation treatment and the alkali treatment. This is because, according to the solution impregnation, it is easy to add zinc so that the amount of zinc is 5% by mass or less with respect to the amount of nickel in the positive electrode active material layer. The concentration of the alkaline electrolyte is 6.5 mol / L or less, the amount of lithium (Li) contained in the alkaline electrolyte is 0.3 mol / L or more, and sodium hydroxide, potassium hydroxide, It is preferable to use a mixed alkaline aqueous solution composed of lithium hydroxide.

ここで、上述のような濃度で、上述のようなリチウム(Li)量を含有するアルカリ電解液を用いた場合、電池容量を下げすぎると低充電深度領域(低SOC領域で、SOCが20%程度を意味する)での出力低下が起こることが明らかになった。このため、本発明においては、電池容量の下限値を4.0Ahとして低充電深度(SOC)領域での出力低下を抑制するようになされている。   Here, when the alkaline electrolyte containing the lithium (Li) amount as described above is used at the concentration as described above, if the battery capacity is too low, the low charge depth region (low SOC region, SOC is 20%). It was revealed that the output decreased at the same level. For this reason, in the present invention, the lower limit value of the battery capacity is set to 4.0 Ah to suppress the output decrease in the low depth of charge (SOC) region.

そして、この種の電池を充放電制御する場合、充電深度(SOC)が20%相当の電圧に達すると放電を停止して充電を開始し、充電深度(SOC)が80%相当の電圧に達すると充電を停止して放電を開始するように部分充放電制御がなされるのが好ましい。これは、正極合剤中に含有される亜鉛の添加量を正極活物質層中のニッケル質量に対して5質量%以下になるように低減すると、部分充放電を行ってもメモリー効果が抑制されて、長寿命になるからである。   When charge / discharge control is performed on this type of battery, when the depth of charge (SOC) reaches a voltage corresponding to 20%, the discharge is stopped and charging is started, and the depth of charge (SOC) reaches a voltage equivalent to 80%. Then, it is preferable to perform partial charge / discharge control so as to stop charging and start discharging. This is because if the amount of zinc contained in the positive electrode mixture is reduced to 5% by mass or less with respect to the mass of nickel in the positive electrode active material layer, the memory effect is suppressed even if partial charge / discharge is performed. This is because the service life is long.

本発明のアルカリ蓄電池においては、小型、軽量に係わらず高出力密度を有するので、本発明のアルカリ蓄電池を用いれば、高い運動性能を有し、かつ低燃費のハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(PEV)を提供できるようになる。   The alkaline storage battery of the present invention has a high output density regardless of its small size and light weight. Therefore, if the alkaline storage battery of the present invention is used, it has a high motor performance and a low fuel consumption hybrid vehicle (HEV) or electric vehicle ( PEV) can be provided.

ついで、本発明の実施の形態を以下に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。なお、図1は本発明のアルカリ蓄電池を模式的に示す断面図である。また、図2は放電電流(A)と出力密度(W/L)との関係を示すグラフであり、このグラフにおいては、後述する表2で示す電池Aの最低電流での値を100として示している。図3は電池容量得(Ah)とSOC依存性(SOC50(%)に対するSOC20(%)の出力比)との関係を示すグラフである。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail below. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the present invention. In addition, FIG. 1 is sectional drawing which shows typically the alkaline storage battery of this invention. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the discharge current (A) and the power density (W / L). In this graph, the value at the lowest current of the battery A shown in Table 2 described later is shown as 100. ing. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the battery capacity value (Ah) and the SOC dependency (the output ratio of SOC 20 (%) to SOC 50 (%)).

1.ニッケル正極
本発明のニッケル正極11は、基板となるニッケル焼結基板の細孔内に所定量の水酸化ニッケルと水酸化亜鉛とが充填されて形成されている。この場合、ニッケル焼結基板は以下のようにして作製される。即ち、例えば、ニッケル粉末に、増粘剤となるメチルセルロース(MC)と高分子中空微小球体(例えば、孔径が60μmのもの)と水とを混合、混練してニッケルスラリーを作製する。ついで、ニッケルめっき鋼板からなるパンチングメタルの両面にニッケルスラリーを塗着した後、還元性雰囲気中で1000℃で加熱して、塗着されている増粘剤や高分子中空微小球体を消失させるとともにニッケル粉末同士を焼結することにより作製される。なお、得られたニッケル焼結基板を水銀圧入式ポロシメータ(ファイソンズ インスツルメント製 Pascal 140)で測定すると、多孔度は85%であることが分かった。
1. Nickel positive electrode The nickel positive electrode 11 of the present invention is formed by filling a predetermined amount of nickel hydroxide and zinc hydroxide into the pores of a nickel sintered substrate serving as a substrate. In this case, the nickel sintered substrate is produced as follows. That is, for example, a nickel slurry is prepared by mixing and kneading methyl cellulose (MC), which is a thickener, polymer hollow microspheres (for example, those having a pore size of 60 μm), and water with nickel powder. Next, after applying nickel slurry on both sides of the punching metal made of nickel-plated steel plate, it is heated at 1000 ° C. in a reducing atmosphere, and the applied thickener and polymer hollow microspheres disappear. It is produced by sintering nickel powders. In addition, when the obtained nickel sintered board | substrate was measured with the mercury intrusion type porosimeter (Pascal 140 by Faisons Instruments), it turned out that porosity is 85%.

そして、得られたニッケル焼結基板に以下のような含浸液を含浸する含浸処理と、含浸処理した後、アルカリ処理液によるアルカリ処理とからなる活物質充填操作を所定回数繰り返すことにより、ニッケル焼結基板の細孔内に所定量の水酸化ニッケルと水酸化亜鉛とが充填される。この後、所定の寸法に裁断することにより、正極活物質が充填されたニッケル正極11が作製される。なお、含浸液としては、硝酸ニッケル(Ni(NO32)と硝酸コバルト(Co(NO32)と硝酸亜鉛(Zn(NO32)のモル比が100:15:5(比重は1.8)あるいは100:5:5(比重は1.8)となる混合水溶液を用いた。また、アルカリ処理液としては、比重が1.3の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液を用いた。 The obtained nickel sintered substrate is impregnated with an impregnating solution as described below, and after impregnating, the active material filling operation including an alkali treatment with an alkali treatment solution is repeated a predetermined number of times. A predetermined amount of nickel hydroxide and zinc hydroxide are filled in the pores of the bonded substrate. Thereafter, the nickel positive electrode 11 filled with the positive electrode active material is produced by cutting into a predetermined size. As the impregnating liquid, a molar ratio of nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 ), cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ), and zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 ) is 100: 15: 5 (specific gravity). 1.8) or 100: 5: 5 (specific gravity 1.8). Further, as the alkali treatment liquid, a sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution having a specific gravity of 1.3 was used.

この場合、硝酸ニッケル(Ni(NO32)と硝酸コバルト(Co(NO32)と硝酸亜鉛(Zn(NO32)からなる比重が1.8の混合水溶液(含浸液)中へ浸漬(含浸処理)した後、アルカリ溶液(例えば、比重が1.3の水酸化ナトリウム)中に浸漬・反応(アルカリ処理)させることで、水酸化ニッケル(Ni(OH)2)、水酸化コバルト(Co(OH)2)及び水酸化亜鉛(Zn(OH)2)に転換させるとともに、細孔内に結晶化させた後、水洗・乾燥させる。このような、含浸処理、アルカリ処理、水洗・乾燥を6回繰り返して、所定量の正極活物質が充填されたニッケル正極11が作製されることとなる。 In this case, in a mixed aqueous solution (impregnating liquid) having a specific gravity of 1.8 consisting of nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 ), cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ), and zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 ). After soaking (impregnation treatment), nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ), hydroxylation by immersion and reaction (alkali treatment) in an alkali solution (for example, sodium hydroxide having a specific gravity of 1.3) It is converted into cobalt (Co (OH) 2 ) and zinc hydroxide (Zn (OH) 2 ), crystallized in the pores, washed with water and dried. Such impregnation treatment, alkali treatment, washing with water and drying are repeated six times to produce the nickel positive electrode 11 filled with a predetermined amount of the positive electrode active material.

ここで、硝酸ニッケル(Ni(NO32)と硝酸コバルト(Co(NO32)と硝酸亜鉛(Zn(NO32)のモル比が100:15で、比重が1.8となる含浸液を用いて、ニッケル正極11の活物質層中でのニッケル質量に対する亜鉛質量の割合が15質量%となり、かつ電池容量が6Ahとなるように含浸液の含浸量を調整して作製したものをニッケル正極aとした。また、得られたニッケル正極aを用い、電池容量が4Ahとなるようなサイズに切断して作製したものをニッケル正極bとした。
Here, the molar ratio of nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 ), cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ) and zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 ) is 100: 5 : 15 , and the specific gravity is 1. 8 is used to adjust the impregnation amount of the impregnation liquid so that the ratio of the zinc mass to the nickel mass in the active material layer of the nickel positive electrode 11 is 15 mass% and the battery capacity is 6 Ah. The produced product was designated as a nickel positive electrode a. A nickel positive electrode b was prepared by using the obtained nickel positive electrode a and cutting it to a size such that the battery capacity was 4 Ah.

また、硝酸ニッケル(Ni(NO32)と硝酸コバルト(Co(NO32)と硝酸亜鉛(Zn(NO32)のモル比が100:5:5で、比重が1.8となる含浸液を用いて、ニッケル正極11の活物質層中でのニッケル質量に対する亜鉛質量の割合が5質量%となり、かつ電池容量が6Ahとなるように含浸液の含浸量を調整して作製したものをニッケル正極cとした。さらに、得られたニッケル正極cを用い、電池容量が4Ahとなるように切断して作製したものをニッケル正極dとし、電池容量が3Ahとなるようなサイズに切断して作製したものをニッケル正極eとした。なお、これらのニッケル正極a〜eの内容を表にまとめると、下記の表1に示すようになる。

Figure 0005334498
The molar ratio of nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 ), cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ) and zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 ) is 100: 5: 5, and the specific gravity is 1.8. The impregnating solution is used to adjust the impregnating amount of the impregnating solution so that the ratio of the zinc mass to the nickel mass in the active material layer of the nickel positive electrode 11 is 5 mass% and the battery capacity is 6 Ah. This was used as a nickel positive electrode c. Further, using the obtained nickel positive electrode c, a product prepared by cutting to a battery capacity of 4 Ah was used as a nickel positive electrode d, and a product prepared by cutting into a size such that the battery capacity was 3 Ah. e. The contents of the nickel positive electrodes a to e are summarized in a table as shown in Table 1 below.
Figure 0005334498

2.水素吸蔵合金負極
水素吸蔵合金負極12はパンチングメタルからなる負極芯体に水素吸蔵合金スラリーが充填されて形成されている。この場合、希土類元素(Ln;La,Pr,Ndなど)、マグネシウム(Mg)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)などの金属元素を所定のモル比となるように混合した後、これらの混合物をアルゴンガス雰囲気の高周波誘導炉に投入して溶解させた後、これを溶湯急冷して水素吸蔵合金のインゴットを作製する。ついで、得られた各水素吸蔵合金のインゴットについて、DSC(示差走査熱量計)を用いて融点(Tm)を測定する。その後、これらの水素吸蔵合金の融点(Tm)よりも30℃だけ低い温度(Ta=Tm−30℃)で所定時間(この場合は10時間)の熱処理を行うことで、水素吸蔵合金の結晶構造がA519型構造になるように調整する。
2. Hydrogen Storage Alloy Negative Electrode The hydrogen storage alloy negative electrode 12 is formed by filling a hydrogen storage alloy slurry in a negative electrode core made of punching metal. In this case, after mixing rare earth elements (Ln; La, Pr, Nd, etc.), magnesium (Mg), nickel (Ni), aluminum (Al) and the like in a predetermined molar ratio, these mixtures Is put into a high-frequency induction furnace in an argon gas atmosphere and melted, and then the molten metal is rapidly cooled to produce an ingot of a hydrogen storage alloy. Next, the melting point (Tm) of each ingot of each obtained hydrogen storage alloy is measured using DSC (differential scanning calorimeter). Then, the crystal structure of the hydrogen storage alloy is obtained by performing a heat treatment for a predetermined time (in this case, 10 hours) at a temperature (Ta = Tm-30 ° C.) lower by 30 ° C. than the melting point (Tm) of these hydrogen storage alloys. Is adjusted to have an A 5 B 19 type structure.

なお、得られた水素吸蔵合金の結晶構造がA519型構造であることは、Cu−Kα管をX線源とするX線回折測定装置を用いるX線回折法により確認することができる。この後、粗粉砕した後、不活性ガス雰囲気中で機械的に粉砕して水素吸蔵合金粉末とし、さらに、篩分けにより400メッシュ〜200メッシュの間に残る水素吸蔵合金粉末を選別する。なお、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置により粒度分布を測定すると、質量積分50%にあたる平均粒径は25μmであった。
Note that the crystal structure of the obtained hydrogen storage alloy is A 5 B 19 type structure can be confirmed by an X-ray diffraction method using an X-ray diffraction measuring apparatus using a Cu—Kα tube as an X-ray source. . After this, after coarsely crushed, and the hydrogen storage alloy powder was mechanically pulverized in an inert gas atmosphere, further selecting a hydrogen-absorbing alloy powder between 400 and mesh 200 mesh by sieving. When the particle size distribution was measured with a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device, the average particle size corresponding to 50% of the mass integral was 25 μm.

この後、得られた水素吸蔵合金粉末100質量部に対し、非水溶性高分子結着剤としてのSBR(スチレンブタジエンラテックス)を0.5質量部と、増粘剤としてのCMC(カルボキシメチルセルロース)を0.03質量部と、導電剤としてのカーボンブラックを0.5質量部と、適量の純水を加えて混練して、水素吸蔵合金スラリーを調製する。そして、得られた水素吸蔵合金スラリーをパンチングメタル(ニッケルメッキ鋼板製)からなる負極芯体の両面に塗着した後、100℃で乾燥させ、所定の充填密度になるように圧延した後、所定の寸法に裁断することにより、水素吸蔵合金負極12が作製される。   Thereafter, 0.5 parts by mass of SBR (styrene butadiene latex) as a water-insoluble polymer binder and 100 parts by mass of CMC (carboxymethyl cellulose) as a thickener with respect to 100 parts by mass of the obtained hydrogen storage alloy powder. 0.03 parts by mass, 0.5 parts by mass of carbon black as a conductive agent, and an appropriate amount of pure water are added and kneaded to prepare a hydrogen storage alloy slurry. And after apply | coating the obtained hydrogen storage alloy slurry to both surfaces of the negative electrode core body which consists of punching metal (made by nickel plating steel plate), after drying at 100 degreeC and rolling so that it may become predetermined | prescribed packing density, predetermined The hydrogen storage alloy negative electrode 12 is produced by cutting into the following dimensions.

3.ニッケル−水素蓄電池
ついで、上述のようにして作製されたニッケル正極11(a,b,c,d)と、水素吸蔵合金負極12とを用い、これらの間にポリオレフィン製不織布からなるセパレータ13を介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製する。なお、図1に示すように、このようにして作製される渦巻状電極群の上部にはニッケル正極11の芯体露出部11cが露出しており、その下部には水素吸蔵合金電極12の芯体露出部12cが露出している。ついで、得られた渦巻状電極群の下端面に露出する芯体露出部12cに負極集電体14を溶接するとともに、渦巻状電極群の上端面に露出するニッケル電極11の芯体露出部11cの上に正極集電体15を溶接して、電極体とする。
3. Nickel-hydrogen storage battery Next, the nickel positive electrode 11 (a, b, c, d) produced as described above and the hydrogen storage alloy negative electrode 12 are used, and a separator 13 made of a polyolefin nonwoven fabric is interposed therebetween. Thus, a spiral electrode group is produced by winding in a spiral shape. As shown in FIG. 1, the core exposed portion 11c of the nickel positive electrode 11 is exposed at the upper part of the spiral electrode group produced in this manner, and the core of the hydrogen storage alloy electrode 12 is exposed at the lower part thereof. The body exposed part 12c is exposed. Next, the negative electrode current collector 14 is welded to the core exposed portion 12c exposed at the lower end surface of the obtained spiral electrode group, and the core exposed portion 11c of the nickel electrode 11 exposed at the upper end surface of the spiral electrode group. A positive electrode current collector 15 is welded to the electrode body to form an electrode body.

ついで、得られた電極体を鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装缶(底面の外面は負極外部端子となる)17内に収納した後、負極集電体14を外装缶17の内底面に溶接する。一方、正極集電体15より延出する集電リード部15aを正極端子を兼ねるとともに外周部に絶縁ガスケット19が装着された封口体18の底部に溶接する。なお、封口体18には正極キャップ18aが設けられていて、この正極キャップ18a内に所定の圧力になると変形する弁体18bとスプリング18cよりなる圧力弁(図示せず)が配置されている。   Next, after the obtained electrode body was accommodated in a bottomed cylindrical outer can in which nickel was plated on iron (the outer surface of the bottom surface becomes a negative external terminal) 17, the negative electrode current collector 14 was attached to the outer can 17. Weld to the inner bottom. On the other hand, the current collecting lead portion 15a extending from the positive electrode current collector 15 serves as a positive electrode terminal and is welded to the bottom portion of the sealing body 18 having the insulating gasket 19 attached to the outer peripheral portion. The sealing body 18 is provided with a positive electrode cap 18a, and a pressure valve (not shown) composed of a valve body 18b and a spring 18c, which are deformed when a predetermined pressure is reached, is disposed in the positive electrode cap 18a.

ついで、外装缶17の上部外周部に環状溝部17aを形成した後、アルカリ電解液を注液し、外装缶17の上部に形成された環状溝部17aの上に封口体18の外周部に装着された絶縁ガスケット19を載置する。この後、外装缶17の開口端縁17bをかしめることにより、電池容量(公称容量)が6Ahのニッケル−水素蓄電池10(A,C)と、電池容量(公称容量)が4Ahのニッケル−水素蓄電池10(B,D)とを作製する。この場合、アルカリ電解液は水酸化ナトリウム(NaOH)と水酸化カリウム(KOH)と水酸化リチウム(LiOH)との混合水溶液からなり、電解液の濃度が7.0mol/L(7.0N)でLiの濃度が0.21mol/L(0.21N)になるように調製した。   Next, after forming the annular groove portion 17 a on the outer periphery of the upper portion of the outer can 17, an alkaline electrolyte is injected, and the outer periphery portion of the sealing body 18 is mounted on the annular groove portion 17 a formed on the upper portion of the outer can 17. Insulating gasket 19 is placed. Thereafter, the opening edge 17b of the outer can 17 is caulked, thereby the nickel-hydrogen storage battery 10 (A, C) having a battery capacity (nominal capacity) of 6 Ah and the nickel-hydrogen battery having a battery capacity (nominal capacity) of 4 Ah. The storage battery 10 (B, D) is produced. In this case, the alkaline electrolyte is a mixed aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH) and lithium hydroxide (LiOH), and the concentration of the electrolyte is 7.0 mol / L (7.0 N). The Li concentration was adjusted to 0.21 mol / L (0.21N).

ここで、ニッケル正極aを用いて電池容量が6Ahとなるニッケル−水素蓄電池10を電池Aとし、ニッケル正極bを用いて電池容量が4Ahとなるニッケル−水素蓄電池10を電池Bとした。また、ニッケル正極cを用いて電池容量が6Ahとなるニッケル−水素蓄電池10を電池Cとし、ニッケル正極dを用いて電池容量が4Ahとなるニッケル−水素蓄電池10を電池Dとした。この場合、電池容量が6Ahとなる電池A,Cの体積を100とすると、電池容量が4Ahとなる電池B,Dの体積(体積比)は70であった。   Here, the nickel-hydrogen storage battery 10 having a battery capacity of 6 Ah using the nickel positive electrode a was designated as battery A, and the nickel-hydrogen storage battery 10 having a battery capacity of 4 Ah using the nickel positive electrode b was designated as battery B. A nickel-hydrogen storage battery 10 having a battery capacity of 6 Ah using the nickel positive electrode c was designated as battery C, and a nickel-hydrogen storage battery 10 having a battery capacity of 4 Ah using the nickel positive electrode d was designated as battery D. In this case, assuming that the volume of the batteries A and C with the battery capacity of 6 Ah is 100, the volume (volume ratio) of the batteries B and D with the battery capacity of 4 Ah was 70.

4.試験
(1)出力密度
ついで、上述のように作製された各電池A,B,C,Dを活性化した後、これらの電池を用いて、25℃の温度雰囲で、電池容量(公称容量)に対して1Itの充電レートで電池容量の50%まで充電(SOC(State Of Charge :充電深度)が50%)を行った。この後、20A充電→40A放電→休止→40A充電→80A放電→休止→60A充電→120A放電→休止→80A充電→160A放電→休止→100A充電→200A放電→休止→120A充電→240A放電→休止→140A充電→280A放電→休止→160A充電→320A放電→休止→180A充電→360A放電→休止→200A充電→400A放電→休止→220A充電→440A放電の順に、20秒間の充電、10秒間の放電、10分間の休止を繰り返し行った。
4). Test (1) Output Density Next, after activating each of the batteries A, B, C, and D produced as described above, the battery capacity (nominal capacity) was used in a temperature atmosphere of 25 ° C. using these batteries. ) Was charged to 50% of the battery capacity at a charge rate of 1 It (SOC (State Of Charge): 50%). After this, 20A charge → 40A discharge → pause → 40A charge → 80A discharge → pause → 60A charge → 120A discharge → pause → 80A charge → 160A discharge → pause → 100A charge → 200A discharge → pause → 120A charge → 240A discharge → pause → 140A charge → 280A discharge → pause → 160A charge → 320A discharge → pause → 180A charge → 360A discharge → pause → 200A charge → 400A discharge → pause → 220A charge → 440A discharge The pause for 10 minutes was repeated.

そして、各10秒間の放電を行った時点での電池電圧(V)を放電電流(A)に対してプロットし、最小二乗法により求めた直線が0.9Vに達するときの電流値(A)と0.9Vとの積を出力(W)として求めた。また、電池Aについて求めた最大出力(W)を100とし、求めた他の電池B,C,Dの最大出力(W)をこれとの相対値(出力比)(%)で表すと、下記の表2に示すような結果となった。また、各放電電流値(A)での電池体積(L)に対する出力(W)の比率を出力密度(W/L)として求めるとともに、各放電電流値(A)を横軸(X軸)にプロットし、求めた出力密度(W/L)を縦軸(Y軸)にプロットすると、図2に示すような結果となった。   Then, the battery voltage (V) at the time of discharging each 10 seconds is plotted against the discharge current (A), and the current value (A) when the straight line obtained by the least square method reaches 0.9V. And the product of 0.9V was obtained as output (W). Further, when the maximum output (W) obtained for the battery A is set to 100 and the obtained maximum outputs (W) of the other batteries B, C, and D are expressed as relative values (output ratios) (%) with respect to this, The results shown in Table 2 were obtained. Further, the ratio of the output (W) to the battery volume (L) at each discharge current value (A) is obtained as the output density (W / L), and each discharge current value (A) is plotted on the horizontal axis (X axis). Plotting and plotting the obtained power density (W / L) on the vertical axis (Y-axis) gave the results shown in FIG.

また、60It(電池容量が6Ahとなる電池A,Cにおいては360Aで、電池容量が4Ahとなる電池B,Dにおいては240Aとなる)で10秒間放電時の電池体積(L)に対する出力(W)の比率を60It放電時出力密度(W/L)として求めた。そして、電池Aについて求めた60It放電時出力密度(W/L)を100とし、求めた他の電池B,C,Dの60It放電時出力密度(W/L)をこれとの相対値(60It放電時出力密度比)で表すと、下記の表2に示すような結果となった。ついで、60Itを超える放電を行い(電池容量が6Ahとなる電池A,Cにおいては400Aで、電池容量が4Ahとなる電池B,Dにおいては280Aで行った)、放電の可否を確認すると下記の表2に示すように、電池C,Dにおいては、60Itを超える放電が可能であることが分かった。

Figure 0005334498
Also, the output (W) for the battery volume (L) during discharge for 10 seconds at 60 It (360 A for batteries A and C with a battery capacity of 6 Ah and 240 A for batteries B and D with a battery capacity of 4 Ah). ) Was determined as the power density (W / L) during 60 It discharge. Then, the obtained 60 It discharge power density (W / L) for battery A is set to 100, and the obtained 60 It discharge power density (W / L) of other batteries B, C, and D is a relative value (60 It). When expressed in terms of power density ratio during discharge, the results shown in Table 2 below were obtained. Next, discharge exceeding 60 It was performed (400 A for batteries A and C with a battery capacity of 6 Ah, and 280 A for batteries B and D with a battery capacity of 4 Ah). As shown in Table 2, the batteries C and D were found to be capable of discharging over 60 It.
Figure 0005334498

上記表2および図2の結果から、以下のことが明らかになった。
即ち、電池容量が6Ahとなる電池Aと電池Cとを比較すると、Ni質量に対するZnの質量が5質量%のニッケル正極を用いた電池Cにおいては10秒間の放電が60Itを超えても可能であるのに対して、Ni質量に対するZnの質量が15質量%のニッケル正極を用いた電池Aにおいては10秒間の放電が60Itまでであることが分かる。この場合、Ni質量に対するZnの質量が5質量%のニッケル正極を用いた電池Cにおいては、Ni質量に対するZnの質量が15質量%のニッケル正極を用いた電池Aよりも最大出力比および60It放電時出力密度比が若干向上していることが分かる。
From the results shown in Table 2 and FIG.
That is, when comparing the battery A and the battery C having a battery capacity of 6 Ah, the battery C using the nickel positive electrode having a Zn mass of 5 mass% with respect to the Ni mass can be discharged even if the discharge for 10 seconds exceeds 60 It. On the other hand, in the battery A using the nickel positive electrode in which the mass of Zn is 15% by mass with respect to the mass of Ni, it can be seen that the discharge for 10 seconds is up to 60 It. In this case, in the battery C using the nickel positive electrode having a mass of Zn of 5% by mass with respect to the mass of Ni, the maximum output ratio and the 60 It discharge are higher than those of the battery A using the nickel positive electrode having a mass of Zn of 15% by mass with respect to the Ni mass. It can be seen that the hourly power density ratio is slightly improved.

一方、電池容量が4Ahとなる電池Bと電池Dとを比較すると、Ni質量に対するZnの質量が5質量%のニッケル正極を用いた電池Dにおいては10秒間の放電が60Itを超えても可能であるのに対して、Ni質量に対するZnの質量が15質量%のニッケル正極を用いた電池Bにおいては10秒間の放電が60Itまでであることが分かる。この場合、Ni質量に対するZnの質量が5質量%のニッケル正極を用いた電池Dにおいては、電池容量を4Ahに低下させたにもかかわらず、最大出力の低下も大幅に低減(電池Cに対して−5%)されているのに対して、Ni質量に対するZnの質量が15質量%のニッケル正極を用いた電池Bにおいては、最大出力比が電池Aよりも−20%(電池Cに対して−25%)と大幅に低下していることが分かる。これは、最大出力を越えると、添加された亜鉛が抵抗成分となって正極抵抗が急激に増加しためである。   On the other hand, when comparing the battery B and the battery D having a battery capacity of 4 Ah, the battery D using a nickel positive electrode having a mass of Zn of 5 mass% with respect to the mass of Ni is possible even if discharge for 10 seconds exceeds 60 It. On the other hand, in the battery B using the nickel positive electrode in which the mass of Zn is 15% by mass with respect to the mass of Ni, it can be seen that the discharge for 10 seconds is up to 60 It. In this case, in the battery D using the nickel positive electrode having a mass of Zn of 5% by mass with respect to the mass of Ni, although the battery capacity was reduced to 4 Ah, the reduction in the maximum output was significantly reduced (compared to the battery C). In the battery B using a nickel positive electrode having a Zn mass of 15 mass% with respect to the Ni mass, the maximum output ratio is -20% (relative to the battery C). -25%). This is because when the maximum output is exceeded, the added zinc becomes a resistance component and the positive electrode resistance increases rapidly.

さらに、60Itを超える放電電流で10秒間の放電が可能な電池Cと電池Dとを比較すると、電池容量が4Ahで体積比が70の電池Dの方が出力密度(W/L)が大きいことが分かる。即ち、Ni質量に対するZnの質量が5質量%以下のニッケル正極を用いた場合、ニッケル正極の容量を減少させるとともに電池体積(L)も減少させて、小型化、軽量化をなした方が出力密度(W/L)が向上することが明らかになった。
換言すると、電池容量を小さくし(4.5Ah以下が望ましい)、電池体積(L)を減少させて出力密度(W/L)を増大させ、かつ60Itを超える放電電流で10秒間の放電が可能な電池とするためには、Ni質量に対するZnの質量が5質量%以下のニッケル正極を用いる必要があるということができる。
Furthermore, when comparing battery C and battery D, which can discharge for 10 seconds with a discharge current exceeding 60 It, battery D with a battery capacity of 4 Ah and a volume ratio of 70 has a higher output density (W / L). I understand. In other words, when a nickel positive electrode with a Zn mass of 5 mass% or less with respect to the Ni mass is used, the output is reduced by reducing the capacity of the nickel positive electrode and the battery volume (L), thereby reducing the size and weight. It was revealed that the density (W / L) was improved.
In other words, the battery capacity is reduced (4.5Ah or less is desirable), the battery volume (L) is decreased to increase the output density (W / L), and discharge for 10 seconds is possible with a discharge current exceeding 60 It. In order to obtain a simple battery, it can be said that it is necessary to use a nickel positive electrode in which the mass of Zn with respect to the mass of Ni is 5 mass% or less.

(2)部分充放電サイクル後容量
ついで、これらの各電池A,B,C,Dにおいて、10Itの充電レートにてSOC(State Of Charge:充電深度)が80%となる電圧まで充電した後、10Itの放電レートにてSOCが20%となる電圧まで放電させるというサイクルを繰り返す部分充放電サイクル試験を行った。そして、このような部分充放電サイクルを放電電気量が50kAhとなるまで繰り返した。
(2) Capacity after partial charge / discharge cycle Next, in each of these batteries A, B, C, D, after charging to a voltage at which SOC (State Of Charge) is 80% at a charge rate of 10 It, A partial charge / discharge cycle test was performed in which a cycle of discharging to a voltage at which the SOC became 20% at a discharge rate of 10 It was repeated. Then, such a partial charge / discharge cycle was repeated until the amount of discharged electricity reached 50 kAh.

この後、各電池A,B,C,Dの部分充放電サイクル後の電池容量(部分充放電サイクル後容量)X2を求めた。ついで、初期容量X1に対する部分充放電サイクル後容量X2を部分充放電サイクル後容量比(X2/X1)として算出してた後、電池Aの部分充放電サイクル後容量比を100とし、他の各電池B,C,Dの部分充放電サイクル後容量比を電池Aとの相対値(充放電サイクル後容量比)として求める下記の表3に示すような結果となった。

Figure 0005334498
Thereafter, the battery capacity after partial charge / discharge cycle (capacity after partial charge / discharge cycle) X2 of each battery A, B, C, D was determined. Then, after calculating the capacity X2 after the partial charge / discharge cycle with respect to the initial capacity X1 as the capacity ratio after the partial charge / discharge cycle (X2 / X1), the capacity ratio after the partial charge / discharge cycle of the battery A is set to 100. The results shown in Table 3 below were obtained, in which the capacity ratio after partial charge / discharge cycles of batteries B, C, and D was obtained as a relative value to battery A (capacity ratio after charge / discharge cycles).
Figure 0005334498

上記表3の結果から、以下のことが明らかになった。
即ち、電池容量が6Ahとなる電池Aと電池Cとを比較すると、Ni質量に対するZnの質量が5質量%のニッケル正極を用いた電池Cにおいては、充放電サイクル後容量比が電池Aに対して10%向上していることが分かる。これは、ニッケル正極中の亜鉛の添加量が少ない方が部分充放電サイクルに伴うメモリー効果を抑制することが可能となり、部分充放電サイクル後の容量維持率が良化したためと考えられる。
From the results in Table 3 above, the following became clear.
That is, when comparing the battery A with the battery capacity 6Ah and the battery C, in the battery C using the nickel positive electrode having a Zn mass of 5 mass% with respect to the Ni mass, the capacity ratio after the charge / discharge cycle is relative to the battery A. It can be seen that there is an improvement of 10%. This is presumably because a smaller amount of zinc in the nickel positive electrode can suppress the memory effect associated with the partial charge / discharge cycle, and the capacity retention rate after the partial charge / discharge cycle is improved.

一方、電池容量が4Ahとなる電池Bと電池Dとを比較すると、Ni質量に対するZnの質量が5質量%のニッケル正極を用いた電池Dにおいては、充放電サイクル後容量比が電池Bに対して12%向上していることが分かる。これは、ニッケル正極中の亜鉛の添加量の低下に伴って、メモリー効果が抑制され、部分充放電サイクル後の容量維持率が良化したためと考えられる。
このことからも、電池容量を小さくし(4.5Ah以下が望ましい)、電池体積(L)を減少させて出力密度(W/L)を増大させ、かつNi質量に対するZn質量が5質量%以下のニッケル正極を用いて、60Itを超える放電電流で10秒間の放電が可能な電池とすると、部分充放電サイクル後の容量維持率も維持できるようになるということができる。
On the other hand, when the battery B and the battery D having a battery capacity of 4 Ah are compared, in the battery D using the nickel positive electrode in which the mass of Zn with respect to the mass of Ni is 5 mass%, the capacity ratio after the charge / discharge cycle is relative to the battery B. It can be seen that it is improved by 12%. This is presumably because the memory effect was suppressed as the amount of zinc added to the nickel positive electrode decreased, and the capacity retention rate after the partial charge / discharge cycle improved.
Also from this, the battery capacity is reduced (4.5 Ah or less is desirable), the battery volume (L) is decreased to increase the power density (W / L), and the Zn mass relative to the Ni mass is 5 mass% or less. When the battery is capable of discharging for 10 seconds with a discharge current exceeding 60 It using the nickel positive electrode, it can be said that the capacity retention rate after the partial charge / discharge cycle can also be maintained.

5.アルカリ電解液の電解液濃度およびリチウム濃度の検討
ついで、アルカリ電解液の電解液濃度およびリチウム濃度の影響について検討した。そこで、電解液の濃度が6.5mol/L(6.5N)でLiの濃度が0.33mol/L(0.33N)の電解液を用意した。ついで、この電解液と、上述のように作製されたニッケル正極dを用いて、上述と同様にして、電池容量が4Ahとなるニッケル−水素蓄電池10を作製し、これを電池Eとした。また、比較のために、この電解液と上述のように作製されたニッケル正極bを用いて、上述と同様にして、電池容量が4Ahとなるニッケル−水素蓄電池10を作製し、これを電池Fとした。
5. Examination of electrolyte concentration and lithium concentration of alkaline electrolyte Next, the effects of the electrolyte concentration and lithium concentration of the alkaline electrolyte were examined. Therefore, an electrolyte solution having an electrolyte concentration of 6.5 mol / L (6.5 N) and a Li concentration of 0.33 mol / L (0.33 N) was prepared. Next, using this electrolytic solution and the nickel positive electrode d produced as described above, a nickel-hydrogen storage battery 10 having a battery capacity of 4 Ah was produced in the same manner as described above. For comparison, a nickel-hydrogen storage battery 10 having a battery capacity of 4 Ah is produced in the same manner as described above using this electrolytic solution and the nickel positive electrode b produced as described above. It was.

ついで、これらの電池E,Fを用いて、上述と同様に充放電試験を行って、電池Aの最大出力(W)に対する電池E,Fの最大出力(W)の相対値(出力比)(%)を求めるとともに、電池Aの60It放電時出力密度(W/L)に対する電池E,Fの60It放電時出力密度の相対値(60It放電時出力密度比)を求めると、下記の表4に示すような結果となった。さらに、上述と同様に部分充放電試験を行って、電池Aの部分充放電サイクル後容量比に対する電池E,Fの部分充放電サイクル後容量比(充放電サイクル後容量比)を求めると、下記の表4に示すような結果となった。なお、表4には上述した電池Dの結果も併せて示している。

Figure 0005334498
Next, using these batteries E and F, a charge / discharge test is performed in the same manner as described above, and the relative value (output ratio) of the maximum outputs (W) of the batteries E and F with respect to the maximum output (W) of the battery A ( %) And the relative value (60 It discharge power density ratio) of the battery E, F output density with respect to the battery A and 60 It discharge power density (W / L) is shown in Table 4 below. The result was as shown. Furthermore, when the partial charge / discharge test was performed in the same manner as described above, and the capacity ratio after the partial charge / discharge cycle of the batteries E and F with respect to the capacity ratio after the partial charge / discharge cycle of the battery A (capacity ratio after the charge / discharge cycle) was determined, The results shown in Table 4 were obtained. Table 4 also shows the results of the battery D described above.
Figure 0005334498

上記表4の結果から明らかなように、アルカリ電解液の濃度が7.0mol/L(7.0N)で、リチウムの濃度が0.21mol/L(0.21N)のアルカリ電解液を用いた電池Dと、アルカリ電解液の濃度が6.5mol/L(6.5N)で、リチウムの濃度が0.33mol/L(0.33N)のアルカリ電解液を用いた電池Eとを比較すると、電解液濃度が低く、かつリチウムの濃度が高いアルカリ電解液を用いた方が部分充放電サイクル後の容量維持率が約30%向上していることが分かる。   As is apparent from the results in Table 4 above, an alkaline electrolyte having an alkaline electrolyte concentration of 7.0 mol / L (7.0 N) and a lithium concentration of 0.21 mol / L (0.21 N) was used. Comparing battery D with battery E using an alkaline electrolyte with an alkaline electrolyte concentration of 6.5 mol / L (6.5 N) and a lithium concentration of 0.33 mol / L (0.33 N) It can be seen that the capacity retention rate after the partial charge / discharge cycle is improved by about 30% when the alkaline electrolyte having a low electrolyte concentration and a high lithium concentration is used.

これは、アルカリ電解液の濃度が6.5mol/L(6.5N)で、リチウムの濃度が0.33mol/L(0.33N)のアルカリ電解液を用いると、メモリー効果が抑制され、部分充放電サイクル後の容量維持率が良化したためと考えられる。ただし、電池Fのように、電解液濃度が低く、かつリチウムの濃度が高いアルカリ電解液を用いても、正極活物質層中のニッケル量に対して亜鉛の添加量が15質量%のニッケル正極bを用いると、部分充放電サイクル後の容量維持率が低下するため、正極活物質層中のニッケル量に対して亜鉛の添加量が5質量%のニッケル正極dを用いる必要があることが分かる。   This is because, when an alkaline electrolyte having an alkaline electrolyte concentration of 6.5 mol / L (6.5 N) and a lithium concentration of 0.33 mol / L (0.33 N) is used, the memory effect is suppressed. This is probably because the capacity retention rate after the charge / discharge cycle improved. However, even when an alkaline electrolyte having a low electrolyte concentration and a high lithium concentration is used as in the battery F, a nickel positive electrode in which the amount of zinc added is 15% by mass with respect to the amount of nickel in the positive electrode active material layer. When b is used, the capacity retention rate after the partial charge / discharge cycle is decreased, and therefore it is necessary to use a nickel positive electrode d in which the amount of zinc added is 5% by mass with respect to the amount of nickel in the positive electrode active material layer. .

上記表2〜表4の結果および図2の結果を総合勘案すると、以下のような結論が得られる。即ち、電池容量を小さくし(4.5Ah以下が望ましい)、電池体積(L)を減少させて出力密度(W/L)を増大させ、かつ60Itを超える放電レートで10秒間の放電が可能な電池とするためには、Ni質量に対するZn質量が5質量%以下のニッケル正極を用いる必要がある。これにより、出力密度(W/L)が大きく、60Itを超える放電レートで10秒間の放電が可能で、かつ部分充放電サイクル後の容量維持率が向上したアルカリ蓄電池が得られる。   The following conclusions can be obtained by comprehensively considering the results of Tables 2 to 4 and the results of FIG. That is, the battery capacity is reduced (4.5 Ah or less is desirable), the battery volume (L) is decreased to increase the output density (W / L), and discharge is possible for 10 seconds at a discharge rate exceeding 60 It. In order to obtain a battery, it is necessary to use a nickel positive electrode whose Zn mass is 5 mass% or less with respect to Ni mass. As a result, an alkaline storage battery having a high output density (W / L), capable of discharging for 10 seconds at a discharge rate exceeding 60 It, and having an improved capacity retention rate after a partial charge / discharge cycle is obtained.

この場合、アルカリ電解液の濃度は6.5mol/L(6.5N)以下で、アルカリ電解液中に含有されるリチウム(Li)量が0.3mol/L(0.3N)以上にすると、メモリー効果がさらに抑制されるので好ましい。
このように、本発明のアルカリ蓄電池は、小型、軽量に係わらず高出力密度を有するので、本発明のアルカリ蓄電池を用いれば、高い運動性能を有し、かつ低燃費のハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(PEV)を提供できるようになる。
In this case, if the concentration of the alkaline electrolyte is 6.5 mol / L (6.5 N) or less and the amount of lithium (Li) contained in the alkaline electrolyte is 0.3 mol / L (0.3 N) or more, This is preferable because the memory effect is further suppressed.
Thus, since the alkaline storage battery of the present invention has a high output density regardless of its size and weight, the alkaline storage battery of the present invention has a high motor performance and a low fuel consumption hybrid vehicle (HEV). An electric vehicle (PEV) can be provided.

なお、上述した例においては、電池容量が4Ahで、電池Aに対する体積比を70にして、小型、軽量化する例について説明したが、電池容量が4.5Ahであっても、電池Aに対する体積比は80で十分に小型、軽量化することが可能となるので、電池容量は4.5Ah以下とするのが望ましいということができる。また、60Itを超える放電レートで10秒間の放電が可能な電池Dの最大の放電レートは、図2の結果からすると、100Itとなるが、実験した結果、120Itの放電レートでも10秒間の放電が可能であった。   In the above-described example, the battery capacity is 4 Ah, the volume ratio with respect to the battery A is 70, and the size and weight are reduced. However, even if the battery capacity is 4.5 Ah, the volume with respect to the battery A is described. Since the ratio can be sufficiently small and light when the ratio is 80, it can be said that the battery capacity is desirably 4.5 Ah or less. Further, the maximum discharge rate of the battery D capable of discharging for 10 seconds at a discharge rate exceeding 60 It is 100 It from the result of FIG. 2, but as a result of the experiment, the discharge of 10 seconds is performed even at the discharge rate of 120 It. It was possible.

6.低SOC領域での出力の検討
ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(PEV)などのような車両関係の用途に用いられるアルカリ蓄電池においては、小型化、軽量化を行って容量を下げすぎると低SOC領域(SOC20%程度の領域)での出力が低下するという問題が発生した。そこで、以下において、低SOC領域での出力についての検討を行った。
6). Examination of output in the low SOC range In alkaline storage batteries used for vehicle-related applications such as hybrid vehicles (HEV) and electric vehicles (PEV), if the capacity is reduced too much by reducing the size and weight, the SOC is reduced. There was a problem that the output in the region (SOC 20% region) decreased. Therefore, in the following, the output in the low SOC region was examined.

そこで、上述した濃度が6.5mol/L(6.5N)で、リチウムの濃度が0.33mol/L(0.33N)のアルカリ電解液を用い、6Ahのニッケル正極cを用いた電池Gと、4Ahのニッケル正極dを用いた電池Eと、3Ahのニッケル正極eを用いた電池Hを用いて、以下のようにして低SOC領域での出力の検討を行った。   Therefore, the battery G using the alkaline electrolyte having the above-mentioned concentration of 6.5 mol / L (6.5 N) and the lithium concentration of 0.33 mol / L (0.33 N) and the nickel positive electrode c of 6 Ah; Using a battery E using a 4Ah nickel positive electrode d and a battery H using a 3Ah nickel positive electrode e, the output in the low SOC region was examined as follows.

そこでまず、これらの各電池E,G,Hにおいて、25℃の温度雰囲気で、電池容量(公称容量)に対して1Itの充電レートで電池容量の50%まで充電(SOC(State Of Charge :充電深度)が50%)を行った。この後、20A充電→40A放電→休止→40A充電→80A放電→休止→60A充電→120A放電→休止→80A充電→160A放電→休止→100A充電→200A放電の順に、20秒間の充電、10秒間の放電、10分間の休止を繰り返し行った。   Therefore, first, in each of these batteries E, G, and H, the battery capacity (nominal capacity) is charged to 50% of the battery capacity (SOC (State Of Charge)) at a charging rate of 1 It with respect to the battery capacity (nominal capacity). Depth) was 50%). After that, 20A charge → 40A discharge → pause → 40A charge → 80A discharge → pause → 60A charge → 120A discharge → pause → 80A charge → 160A discharge → pause → 100A charge → 200A discharge The discharge was repeated for 10 minutes.

そして、各10秒間の放電を行った時点での電池電圧(V)を放電電流(A)に対してプロットし、最小二乗法により求めた直線が0.9Vに達するときの電流値(A)と0.9Vとの積をSOC50%の出力(W)として求めた。ついで、1Itの充電レートで電池容量の20%まで充電(SOC(State Of Charge :充電深度)が20%)を行った。 この後、上述したSOC50%のときと同様に、20A充電→40A放電→休止→40A充電→80A放電→休止→60A充電→120A放電→休止→80A充電→160A放電→休止→100A充電→200A放電の順に、20秒間の充電、10秒間の放電、10分間の休止を繰り返し行った。   Then, the battery voltage (V) at the time of discharging each 10 seconds is plotted against the discharge current (A), and the current value (A) when the straight line obtained by the least square method reaches 0.9V. And 0.9V was obtained as an output (W) of SOC 50%. Next, the battery was charged to 20% of the battery capacity at a charge rate of 1 It (SOC (State Of Charge): 20%). After that, 20A charge → 40A discharge → pause → 40A charge → 80A discharge → pause → 60A charge → 120A discharge → pause → 80A charge → 160A discharge → pause → 100A charge → 200A discharge In this order, charging for 20 seconds, discharging for 10 seconds, and rest for 10 minutes were repeated.

そして、上述したSOC50%のときと同様に、SOC20%の出力(W)を求めた。上述のようにして得られたSOC50%の出力(W)に対するSOC20%の出力(W)を低SOC領域での出力比として求めると、下記の表5に示すような結果となった。また、表5の結果に基づいて、電池容量(Ah)を横軸(X軸)にプロットし、求めたSOC50%の出力(W)に対するSOC20%の出力(W)を(出力比:SOC依存性)を縦軸(Y軸)にプロットすると、図3に示すような結果となった。   And the output (W) of SOC20% was calculated | required similarly to the time of SOC50% mentioned above. When the output ratio (W) of SOC 20% to the output (W) of SOC 50% obtained as described above was obtained as the output ratio in the low SOC region, the results shown in Table 5 below were obtained. Further, based on the results of Table 5, the battery capacity (Ah) is plotted on the horizontal axis (X-axis), and the obtained output (W) of SOC 20% with respect to the obtained output (W) of SOC 50% (output ratio: dependence on SOC) When the vertical axis (Y-axis) is plotted, the results shown in FIG. 3 are obtained.

ついで、これらの各電池G,Hにおいて、10Itの充電レートにてSOCが80%となる電圧まで充電した後、10Itの放電レートにてSOCが20%となる電圧まで放電させるというサイクルを繰り返す部分充放電サイクル試験を行った。そして、このような部分充放電サイクルを放電電気量が50kAhとなるまで繰り返した。この後、各電池G,Hの部分充放電サイクル後の電池容量(部分充放電サイクル後容量)X2を求めた。ついで、初期容量X1に対する部分充放電サイクル後容量X2を部分充放電サイクル後容量比(X2/X1)として算出してた後、電池Aの部分充放電サイクル後容量比を100とし、他の各電池G,Hの部分充放電サイクル後容量比を電池Aとの相対値(充放電サイクル後容量比)として求める下記の表5に示すような結果となった。なお、表5には電池Eの結果も併せて示している。

Figure 0005334498
Next, in each of these batteries G and H, a part of repeating a cycle of charging to a voltage at which the SOC becomes 80% at a charging rate of 10 It and then discharging to a voltage at which the SOC becomes 20% at a discharging rate of 10 It. A charge / discharge cycle test was conducted. Then, such a partial charge / discharge cycle was repeated until the amount of discharged electricity reached 50 kAh. Thereafter, the battery capacity after partial charge / discharge cycle (capacity after partial charge / discharge cycle) X2 of each battery G, H was determined. Then, after calculating the capacity X2 after the partial charge / discharge cycle with respect to the initial capacity X1 as the capacity ratio after the partial charge / discharge cycle (X2 / X1), the capacity ratio after the partial charge / discharge cycle of the battery A is set to 100. The results are shown in Table 5 below, in which the capacity ratios after partial charge / discharge cycles of the batteries G and H are obtained as relative values to the battery A (capacity ratio after charge / discharge cycles). Table 5 also shows the results for battery E.
Figure 0005334498

上記表5および図3の結果から明らかなように、電池容量が3Ahの電池Hにおいては、低SOC領域での出力比(SOC50%の出力に対するSOC20%の出力(SOC20%/SOC50%))が43と小さいこと、即ち、SOC依存性が大きく低下することが分かる。一方、電池容量が4Ahの電池Eにおいては、低SOC領域での出力比(SOC50%の出力に対するSOC20%の出力(SOC20%/SOC50%))が65と大きいこと、即ち、SOC依存性がそれほど低下しないことが分かる。また、電池容量が6Ahの電池Gにおいては、低SOC領域での出力比(SOC50%の出力に対するSOC20%の出力(SOC20%/SOC50%))が80とさらに大きく、SOC依存性があまり低下しないことが分かる。   As is apparent from the results of Table 5 and FIG. 3, in the battery H having a battery capacity of 3 Ah, the output ratio in the low SOC region (the output of SOC 20% with respect to the output of SOC 50% (SOC 20% / SOC 50%)) It can be seen that it is as small as 43, that is, the SOC dependency is greatly reduced. On the other hand, in the battery E with a battery capacity of 4 Ah, the output ratio in the low SOC region (SOC 20% output to SOC 50% output (SOC 20% / SOC 50%)) is as large as 65, that is, the SOC dependency is not so much. It turns out that it does not fall. In addition, in the battery G having a battery capacity of 6 Ah, the output ratio in the low SOC region (SOC 20% output to SOC 50% output (SOC 20% / SOC 50%)) is 80 and larger, and the SOC dependency does not decrease much. I understand that.

この場合、図3に示すように、電池容量が4AhにおいてSOC依存性の変化点が存在することから、電池容量を4Ah以上に制御することでSOC依存性を低下することなく、低SOC領域(SOC20%程度)においても、安定した出力を確保することが可能になるということができる。これは、アルカリ電解液中のリチウム濃度を増大させた影響と考えることができる。この現象は、リチウム濃度を増大させる前には見られておらず、これは、アルカリ電解液中のリチウム濃度を増大させた影響と考えることができる。   In this case, as shown in FIG. 3, there is an SOC-dependent change point when the battery capacity is 4 Ah. Therefore, by controlling the battery capacity to 4 Ah or more, the SOC dependency is not lowered without reducing the SOC dependency ( It can be said that a stable output can be ensured even at an SOC of about 20%. This can be considered as an effect of increasing the lithium concentration in the alkaline electrolyte. This phenomenon has not been observed before increasing the lithium concentration, which can be considered as an effect of increasing the lithium concentration in the alkaline electrolyte.

以上の結果から、正極活物質層中の亜鉛の添加量をニッケル質量に対して5質量%以下とし、アルカリ電解液の濃度を6.5mol/L(6.5N)以下で、アルカリ電解液中に含有されるリチウム(Li)量が0.3mol/L(0.3N)以上とし、かつ、電池容量を4Ah以上で、4.5Ah以下に規定することで、充放電サイクル後容量と、SOC依存性の両特性に優れたアルカリ蓄電池を得ることが可能となるということができる。   From the above results, the amount of zinc in the positive electrode active material layer is 5% by mass or less with respect to the mass of nickel, the concentration of the alkaline electrolyte is 6.5 mol / L (6.5N) or less, and the alkaline electrolyte is When the amount of lithium (Li) contained in the battery is 0.3 mol / L (0.3 N) or more and the battery capacity is specified to be 4 Ah or more and 4.5 Ah or less, the capacity after the charge / discharge cycle and the SOC It can be said that it is possible to obtain an alkaline storage battery excellent in both dependence characteristics.

なお、上述した実施の形態においては、部分充放電サイクルの条件をSOC20〜80%とした例について説明したが、部分充放電サイクルの条件をSOC20〜80%としても、あるいはSOC30〜70%としても部分充放電サイクル後の初期容量比は変わらないことが明らかになった。このことから、部分充放電サイクルの条件としては、SOC20〜80%としたり、SOC30〜70%としたり、あるいはSOC10〜90%としたりすればよいこととなるが、実用的にはSOC20〜80%とするのが望ましい。   In the above-described embodiment, the example in which the partial charge / discharge cycle condition is set to SOC 20 to 80% has been described. However, the partial charge / discharge cycle condition may be set to SOC 20 to 80% or SOC 30 to 70%. It was revealed that the initial capacity ratio after the partial charge / discharge cycle did not change. From this, the partial charge / discharge cycle conditions may be SOC 20 to 80%, SOC 30 to 70%, or SOC 10 to 90%, but practically SOC 20 to 80%. Is desirable.

本発明のニッケル−水素蓄電池を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the nickel-hydrogen storage battery of this invention. 放電電流(A)と出力密度(W/L)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between discharge current (A) and power density (W / L). 電池容量得(Ah)とSOC依存性との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between battery capacity acquisition (Ah) and SOC dependence.

符号の説明Explanation of symbols

11…ニッケル電極、11c…芯体露出部、12…水素吸蔵合金電極、12c…芯体露出部、13…セパレータ、14…負極集電体、15…正極集電体、15a…集電リード部、17…外装缶、17a…環状溝部、17b…開口端縁、18…封口体、18a…正極キャップ、18b…弁板、18c…スプリング、19…絶縁ガスケット DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Nickel electrode, 11c ... Core exposed part, 12 ... Hydrogen storage alloy electrode, 12c ... Core exposed part, 13 ... Separator, 14 ... Negative electrode collector, 15 ... Positive electrode collector, 15a ... Current collection lead part , 17 ... exterior can, 17a ... annular groove, 17b ... opening edge, 18 ... sealing body, 18a ... positive electrode cap, 18b ... valve plate, 18c ... spring, 19 ... insulating gasket

Claims (6)

水酸化ニッケルを主正極活物質とするニッケル正極と、水素吸蔵合金を負極活物質とする水素吸蔵合金負極と、セパレータとからなる電極群をアルカリ電解液とともに外装缶内に備えたアルカリ蓄電池であって、
前記ニッケル正極は、主正極活物質となる水酸化ニッケルに亜鉛が添加されているとともに、該亜鉛の添加量は正極活物質層中のニッケル質量に対して5質量%以下であり、
電池容量が4.5Ah以下で60Itの放電レートを超えて放電が可能となされていることを特徴とするアルカリ蓄電池。
An alkaline storage battery comprising an electrode group consisting of a nickel positive electrode having nickel hydroxide as a main positive electrode active material, a hydrogen storage alloy negative electrode having a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material, and a separator together with an alkaline electrolyte in an outer can. And
In the nickel positive electrode, zinc is added to nickel hydroxide serving as a main positive electrode active material, and the amount of zinc added is 5% by mass or less based on the mass of nickel in the positive electrode active material layer,
An alkaline storage battery having a battery capacity of 4.5 Ah or less and capable of discharging exceeding a discharge rate of 60 It.
前記ニッケル正極はニッケル焼結基板の細孔内に少なくとも水酸化ニッケルと亜鉛とが含浸液の含浸処理とアルカリ処理により充填されたものであることを特徴とする請求項1に記載のアルカリ蓄電池。   2. The alkaline storage battery according to claim 1, wherein the nickel positive electrode is one in which at least nickel hydroxide and zinc are filled in the pores of a nickel sintered substrate by impregnation treatment with an impregnation solution and alkali treatment. 前記アルカリ電解液の濃度は6.5mol/L以下で、当該アルカリ電解液中に含有されるリチウム(Li)量が0.3mol/L以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアルカリ蓄電池。   The concentration of the alkaline electrolyte is 6.5 mol / L or less, and the amount of lithium (Li) contained in the alkaline electrolyte is 0.3 mol / L or more. The alkaline storage battery described in 1. 前記アルカリ電解液は水酸化ナトリウムと、水酸化カリウムと、水酸化リチウムとからなることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のアルカリ蓄電池。   The alkaline storage battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the alkaline electrolyte comprises sodium hydroxide, potassium hydroxide, and lithium hydroxide. 電池容量の下限値を4.0Ahとすることにより低充電深度(SOC)領域での出力低下を抑制するようになされていることを特徴とする請求項4に記載のアルカリ蓄電池。   5. The alkaline storage battery according to claim 4, wherein the lowering of the battery capacity is set to 4.0 Ah to suppress a decrease in output in a low charging depth (SOC) region. 6. 充電深度(SOC)が20%相当の電圧に達すると放電を停止して充電を開始し、充電深度(SOC)が80%相当の電圧に達すると充電を停止して放電を開始するように充放電制御がなされることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載のアルカリ蓄電池。   When the depth of charge (SOC) reaches a voltage equivalent to 20%, discharging is stopped and charging starts, and when the depth of charge (SOC) reaches a voltage equivalent to 80%, charging is stopped and discharging starts. The alkaline storage battery according to any one of claims 1 to 5, wherein discharge control is performed.
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