JP5493833B2 - アルカリ蓄電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
近年、ハイブリット自動車の高性能化が一段と進み、ハイブリッド自動車で用いられるアルカリ蓄電池は、優れた高出力性能と高信頼性能を有することが求められるようになっている。
アルカリ蓄電池は、正負極及びセパレータを巻回して電極群を作製することによって得られるので、対向面積を増大化したアルカリ蓄電池を得るには、正負極の極板間距離を短くする等の必要があるために、電極群に高い圧力が加わるようして正負極及びセパレータを巻回する必要がある。
このため、正負極及びセパレータを巻回する際に、セパレータと負極表面との間に摩擦が生じて負極表面から塗着物の脱落等が生じ、ショート等の品質問題が発生するという問題があった。
この場合、絶縁性を示すSBRが、負極表面だけでなく負極の内層にも多量に配分されるため、このような負極を用いたアルカリ蓄電池は高出力性能が得難いという問題があった。
特許文献2等の方法によれば、塗布されたSBRが、負極表面から比較的浅い領域までした浸透しないので、負極の内層に多量のSBRが配分されるという不具合がなくなるというメリットがある。
しかしながら、A5B19構造を有する水素吸蔵合金は、酸化されやすいとい課題がある。
前記水素吸蔵合金の粒径αが15〜25μmであり、
前記水素吸蔵合金の粒径αと前記SBRの粒径βとの比(β/α)が0.007〜0.018であり、
前記水素吸蔵合金負極に含まれるSBRが、負極の内部から表面にかけて多くなっていることを特徴としている(請求項1)。
希土類元素、ニッケル、マグネシウムを主元素とするとともにA5B19構造相を含む水素吸蔵合金、スチレン−ブタジエン系ラテックス(SBR)及び溶媒を混合して含む合剤を導電性芯体に極板容量Xに対する極板面積Yの比(Y/X)が60cm2/Ah以上となるように塗着し、乾燥した水素吸蔵合金負極と正極とをセパレータを介して巻回したアルカリ蓄電池の製造方法であって、
前記水素吸蔵合金の粒径αが15〜25μm以下であり、
前記水素吸蔵合金の粒径αと前記SBRの粒径βとの比(β/α)が0.007〜0.018であることを特徴としている(請求項5)。
これにより、水素吸蔵合金負極中のSBRが、導電性芯体近傍部より負極表面に多く偏在することになる。
以上のようにして、SBRが負極表面に移動し、負極表面に偏在することになる。
これに対し、SBRのゲル含量が75%以上であると、SBRの結着性が強すぎ、乾燥時に電極内部でSBRの凝集が生じて電極表面への移動が若干減少するので、負極表面のSBRの偏在量が少する。
一方、ゲル含量が40%以下では、SBRと合金の結着性が弱いため、負極表面の強度が若干減少する。
またさらに、本発明の効果は、SBR量が、水素吸蔵合金量に対して0.2〜0.7質量%である場合に特に高められる。SBR量が、水素吸蔵合金量に対して0.2質量%を下回ると、負極表面の強度が若干減少する。SBR量が、水素吸蔵合金量に対して0.7質量%を上回ると、SBRが抵抗成分となるので、出力性能が若干低下する。
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、これを金型に注入して急冷し、表1に示す組成を有する鋳塊状態の水素吸蔵合金A〜Eを作製した。
この後、これら鋳塊状態の各水素吸蔵合金を粗粉砕した後、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A〜Eを作製した。
水素吸蔵合金負極11は、以下のようにして作製した。
まず、各水素吸蔵合金の鋳塊A及びCを粗粉砕した後、不活性ガス雰囲気中で機械的に粉砕して、体積累積頻度50%での粒径(D50)が表2に示す通りとなる水素吸蔵合金粉末A及びCを準備した。
水溶性結着剤としては、0.1質量%のCMC(カルボキシメチルセルロース)と水(あるいは純水)とからなるものを使用した。炭素系導電剤としては、ケッチェンブラック使用した。熱可塑性エラストマーとしては、スチレンブタジエンラテックス(SBR)を使用した。使用したSBRの粒径(合金粒径に対する比β/α)、ゲル含量、ガラス転移温度及び添加量を表2に示す。
この後、極板容量Xに対する極板面積Yの比(Y/X)が60cm2/Ahとなるように切断し水素吸蔵合金負極11(D1〜D24)をそれぞれ作製した。
ニッケル正極12は、以下のようにして作製した。
まず、多孔度が約85%の多孔性ニッケル焼結基板を比重が1.75の硝酸ニッケルと硝酸コバルトの混合水溶液に浸漬して、多孔性ニッケル焼結基板の細孔内にニッケル塩およびコバルト塩を保持させた。この後、この多孔性ニッケル焼結基板を25質量%の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液中に浸漬して、ニッケル塩およびコバルト塩をそれぞれ水酸化ニッケルおよび水酸化コバルトに転換させた。
ニッケル−水素蓄電池10は、以下のようにして作製した。
まず、上述のように作製された水素吸蔵合金負極11とニッケル正極12とを用い、これらの間に、スルフォン化処理されたポリプロピレン繊維を含む不織布からなるセパレータ13(目付け52g/m2)を介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製した。
なお、このようにして作製された渦巻状電極群の下部には水素吸蔵合金負極11の芯体露出部11cが露出しており、その上部にはニッケル正極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11c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正極12の芯体露出部12cの上に正極集電体15を溶接して、電極体とした。
以上のようにして、実施例1〜実施例12及び比較例1〜比較例3のニッケル−水素蓄電池10を作製した。
(1)水素吸蔵合金負極表面強度の評価
水素吸蔵合金負極表面に目付けが52g/m2のセパレータを載せ、所定の荷重を水素吸蔵負極とセパレータに付加しながらセパレータ引っ張りながら負極表面上を滑らせた。この時のセパレータの単位面積当たりに付着する水素吸蔵合金粒子量を測定し、比較例1を100とした時の相対値を表3に結果を示した。
以上のことから、水素吸蔵合金負極の乾燥は、遠赤外線加熱により行うのが好ましいといえる。
出力特性評価を以下のようにして行った。
まず、上述のようにして活性化した実施例1、実施例9及び実施例10のニッケル−水素蓄電池10と、比較例1及び比較例4のニッケル−水素蓄電池10を25℃の温度雰囲気で1Itの充電電流でSOC50%まで充電した後、25℃の温度雰囲気で1時間休止させた。
上述のようにして求めた出力特性を表2に示す。なお、表2においては、比較例1の電池を基準(100)とし、これとの相対値で示している。
ただし、SBRの添加量の増加に伴い出力特性が低下するので、SBRの添加量は0.7質量%以下とするのが好ましいことがわかる。
水素吸蔵合金の耐食性評価は、以下のようにして行った。
まず、作製された状態の実施例1及び比較例1のニッケル−水素蓄電池10から、水素吸蔵合金を取り出し、水素吸蔵合金に含まれる酸素濃度を測定し水素吸蔵合金の耐食性とした。上述のようにして求めた耐食性を表5に示す。なお、表5においては、比較例1の電池を基準(100)とし、これとの相対値で示している。
この結果、A5B19構造を有する水素吸蔵合金を使用した実施例1は、酸化されやすい水素吸蔵合金を含んでいるのも係らず、従来のAB5型構造の水素吸蔵合金を使用した比較例1より、水素吸蔵合金の耐食性が向上していることが分かる。
各実施例及び比較例の水素吸蔵合金負極の切断面をOsO4蒸気に晒し、切断面上に配置されているSBRにOsを蒸着させた。ついで、EPMAにてOsの分布状況を確認した。
この結果、各実施例の水素吸蔵合金負極は、SBRが導電性芯体近傍部より負極表面に多く偏在していることを確認した。一方、各比較例の水素吸蔵合金負極については、このような傾向は認められなかった。
Claims (6)
- 希土類元素、ニッケル、マグネシウムを主元素とするとともにA5B19構造相を含む水素吸蔵合金及びスチレン−ブタジエン系ラテックス(SBR)を含み、極板容量Xに対する極板面積Yの比(Y/X)が60cm2/Ah以上である水素吸蔵合金負極を用いたアルカリ蓄電池であって、
前記水素吸蔵合金の粒径αが15〜25μmであり、
前記水素吸蔵合金の粒径αと前記SBRの粒径βとの比(β/α)が0.007〜0.018であり、
前記水素吸蔵合金負極に含まれるSBRが、負極の内部から表面にかけて多くなっていることを特徴とするアルカリ蓄電池。 - 前記水素吸蔵合金の真密度が、8.03〜8.30g/cm3であることを特徴とする請求項1のアルカリ蓄電池。
- 前記SBRのゲル含有量が40〜75%でかつ、ガラス転移温度は−48℃〜−30℃であることを特徴とする請求項1から請求項2のいずれかに記載のアルカリ蓄電池。
- 前記SBRの量が、前記水素吸蔵合金量に対して0.2〜0.7質量%であ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。
- 希土類元素、ニッケル、マグネシウムを主元素とするとともにA5B19構造相を含む水素吸蔵合金、スチレン−ブタジエン系ラテックス(SBR)及び溶媒を混合して含む合剤を導電性芯体に極板容量Xに対する極板面積Yの比(Y/X)が60cm2/Ah以上となるように塗着し、乾燥した水素吸蔵合金負極と正極とをセパレータを介して巻回したアルカリ蓄電池の製造方法であって、
前記水素吸蔵合金の粒径αが15〜25μm以下であり、
前記水素吸蔵合金の粒径αと前記SBRの粒径βとの比(β/α)が0.007〜0.018であることを特徴とするアルカリ蓄電池の製造方法。 - 前記乾燥を遠赤外加熱による放射伝熱で行うことを特徴とする請求項5に記載のアルカリ蓄電池の製造方法。
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