JP5774647B2 - ニッケル水素蓄電池 - Google Patents
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Description
本開示の技術は、ニッケル水素蓄電池に関する。
従来から、ニッケル水素蓄電池の負極材料として水素吸蔵合金が使用されている。水素吸蔵合金には、充放電時における水素の吸蔵や放出にともなう体積の膨張及び収縮に起因した微粉化が生じる。水素吸蔵合金の微粉化は、ニッケル水素蓄電池の内部抵抗の上昇を招き、これによりニッケル水素蓄電池の出力が低下する。水素吸蔵合金には、主としてＡＢ５系合金が用いられるが、これらの合金には、微粉化を抑制するために高価なコバルトを含有する合金が使われる。特許文献１には、コバルトの量を低減させつつも微粉化を抑制することで、水素吸蔵合金の耐久性を向上させたニッケル水素蓄電池が開示されている。
一方、ニッケル水素蓄電池では、充放電時における水素吸蔵合金の膨張及び収縮によって、結局のところ、水素吸蔵合金の微粉化は避けられない。また、重量エネルギー密度の向上を図るべく正極の理論容量に対する負極の理論容量の比を小さくすると、負極の負荷が増大することで水素吸蔵合金の微粉化が促進される。そのため、ニッケル水素蓄電池には、水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇を抑えることが望まれている。
本開示の技術は、水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇が抑えられたニッケル水素蓄電池を提供することを目的とする。
本発明者らは、水素吸蔵合金を負極に使用したニッケル水素蓄電池の内部抵抗の上昇について鋭意研究した結果、その主要因は、水素吸蔵合金の微粉化による構造の変化（劣化）ではなく、水素吸蔵合金の微粉化によって形成された新生面に電解液が消費されることによる電解液の不足であることを突き止めた。
上記課題を解決するニッケル水素蓄電池は、正極と、ＡＢ５系水素吸蔵合金を使用した負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、前記ＡＢ５系水素吸蔵合金が、Ａ元素がミッシュメタルの構成元素であり、かつＢ元素がニッケルとコバルトとを含み、且つ、Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．１５以上０．４以下であるニッケル水素蓄電池であって、前記セパレータが保持する電解液の体積である保液量をＶ１、空隙を０とした場合の前記セパレータの体積である真容積をＶ２、前記負極の理論容量をＣ１、前記正極の理論容量をＣ２とするとき、式（１）を満たすことを特徴とする。
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１）
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１）
上記構成のように、上記の条件を満たすＡＢ５系水素吸蔵合金が負極に使用されたニッケル水素蓄電池においては、式（１）が満たされるように正極、負極、及びセパレータが設計されることで水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇を抑えることができる。
なお、保液量Ｖ１は、セパレータが保液している電解液の体積であって、次のようにして得られる値とする。まず、乾燥した状態のセパレータの重量である乾燥重量Ｗｄと、電解液を吸収した状態のセパレータの重量である総重量Ｗｇとを測定する。次に、総重量Ｗｇと乾燥重量Ｗｄとの差分からセパレータが保液する電解液の重量である保液重量Ｗｅを求める。そして、この保液重量Ｗｅｓを電解液の密度ρｅで除算することによって導出される値が保液量Ｖ１である。真体積Ｖ２は、空隙を０とした場合のセパレータの体積であって、乾燥重量Ｗｄをセパレータの密度ρｓで除算することによって導出される値とする。また、これら保液量Ｖ１及び真体積Ｖ２は、ニッケル水素蓄電池に組み込まれる前のセパレータを用いて導出される値とする。
上記課題を解決するニッケル水素蓄電池は、正極と、ＡＢ５系水素吸蔵合金を使用した負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、前記ＡＢ５系水素吸蔵合金が、Ａ元素がミッシュメタルの構成元素であり、かつＢ元素がニッケルとコバルトとを含み、且つ、Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２５以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．１５以上０．２５以下であり、且つ、Ｘ線回折における（００２）面のピークの半価幅と、（２００）面のピークの半価幅との比が１．３以上１．７未満であるニッケル水素蓄電池であって、前記セパレータが保持する電解液の体積である保液量をＶ１、空隙を０とした場合の前記セパレータの体積である真容積をＶ２、前記負極の理論容量をＣ１、前記正極の理論容量をＣ２とするとき、式（１）を満たすことを特徴とする。
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１）
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１）
上記構成のように、上記条件を満たす水素吸蔵合金が負極に使用されたニッケル水素蓄電池においては、式（１）が満たされるように正極、負極、及びセパレータが設計されることで、水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇を抑えることができる。
上記課題を解決するニッケル水素蓄電池は、正極と、ＡＢ５系水素吸蔵合金を使用した負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、前記ＡＢ５系水素吸蔵合金が、Ａ元素がミッシュメタルの構成元素であり、かつＢ元素がニッケルとコバルトとを含み、且つ、Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２５以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．０５以上０．１５以下であり、且つ、Ｘ線回折における（００２）面のピークの半価幅と、（２００）面のピークの半価幅との比が１．１以上１．３未満であるニッケル水素蓄電池であって、前記セパレータが保持する電解液の体積である保液量をＶ１、空隙を０とした場合の前記セパレータの体積である真容積をＶ２、前記負極の理論容量をＣ１、前記正極の理論容量をＣ２とするとき、式（１）を満たすことを特徴とするニッケル水素蓄電池。
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１）
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１）
上記構成のように、上記条件を満たす水素吸蔵合金が使用されたニッケル水素蓄電池においては、式（１）が満たされるように正極、負極、及びセパレータが設計されることで、水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇を抑えることができる。
上記課題を解決するニッケル水素蓄電池は、正極と、ＡＢ５系水素吸蔵合金を使用した負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、前記ＡＢ５系水素吸蔵合金が、Ａ元素がミッシュメタルの構成元素であり、かつＢ元素がニッケルとコバルトとを含み、且つ、Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．３０以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．０５以上０．１５以下であり、且つ、Ｘ線回折における（００２）面のピークの半価幅と、（２００）面のピークの半価幅との比が１．１以上１．９未満であるニッケル水素蓄電池であって、前記セパレータが保持する電解液の体積である保液量をＶ１、空隙を０とした場合の前記セパレータの体積である真容積をＶ２、前記負極の理論容量をＣ１、前記正極の理論容量をＣ２とするとき、式（１）を満たすことを特徴とするニッケル水素蓄電池。
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１）
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１）
上記構成のように、上記条件を満たすニッケル水素蓄電池が負極に使用されたニッケル水素蓄電池においては、式（１）が満たされるように正極、負極、及びセパレータが設計されることで水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇を抑えることができる。
上記ニッケル水素蓄電池は、前記式（１）における（Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２）の値が２．２以上２．８以下であることが好ましい。
上記構成のように、式（１）の（Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２）の値が２．２以上２．８以下となるように正極、負極、及びセパレータが設計されることで水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇をさらに抑えることができる。
上記構成のように、式（１）の（Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２）の値が２．２以上２．８以下となるように正極、負極、及びセパレータが設計されることで水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇をさらに抑えることができる。
上記ニッケル水素蓄電池は、前記正極の理論容量に対する前記負極の理論容量の比である容量比が１．２以上１．３５以下であることが好ましい。
上記構成のように、容量比が１．２以上１．３５以下となるように正極及び負極が設計されることで水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇を抑えつつ、コバルトの使用量を削減することができる。なお、理論容量は、正極は水酸化ニッケル１ｇ当たり２８９ｍＡｈとし、負極は水素吸蔵合金１ｇ当たり２９０ｍＡｈとし、各使用重量をもとに算出して求めたものとする。
上記構成のように、容量比が１．２以上１．３５以下となるように正極及び負極が設計されることで水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇を抑えつつ、コバルトの使用量を削減することができる。なお、理論容量は、正極は水酸化ニッケル１ｇ当たり２８９ｍＡｈとし、負極は水素吸蔵合金１ｇ当たり２９０ｍＡｈとし、各使用重量をもとに算出して求めたものとする。
以下、図１及び図２を参照して、本開示におけるニッケル水素蓄電池の一実施形態について説明する。
図１に示すように、ニッケル水素蓄電池１０は、ケース１１、正極１２、負極１３、セパレータ１４、電解液（図示せず）及び封口板１５を備えている。正極１２、負極１３及びセパレータ１４はコイル状に捲回されて極板群を構成している。極板群および電解液は、封口板１５で封口されたケース１１内に封入されている。
図１に示すように、ニッケル水素蓄電池１０は、ケース１１、正極１２、負極１３、セパレータ１４、電解液（図示せず）及び封口板１５を備えている。正極１２、負極１３及びセパレータ１４はコイル状に捲回されて極板群を構成している。極板群および電解液は、封口板１５で封口されたケース１１内に封入されている。
負極１３を除く部分には、一般的なニッケル水素蓄電池に使用される部材が用いられている。例えば、正極１２には、水酸化ニッケルを主な構成材料とする正極を用いることができる。セパレータ１４には、親水化処理を施したポリオレフィン製の不織布を用いることができる。電解液には、水酸化カリウムを主な溶質とする比重が１．３程度のアルカリ水溶液を用いることができる。
負極１３には、導電性の支持体と、その支持体に支持された水素吸蔵合金とを含む極板を用いる。水素吸蔵合金には、後記する構成の水素吸蔵合金を用いる。導電性の支持体には、例えば、表面をニッケルメッキしたパンチングメタルを用いることができる。負極１３は、水素吸蔵合金（および必要に応じて結着剤）を含むペーストを支持体に塗布した後、乾燥、圧延および切断することによって作製できる。負極１３は、正極１２の理論容量に対する負極１３の理論容量の比である容量比が１．２以上１．３５以下になるように形成されている。
次に負極１３を構成する水素吸蔵合金粉末について説明する。
水素吸蔵合金粉末は、ＭｍＮｉ５（Ｍｍ：ミッシュメタル）を原型とし、Ｎｉの一部を他の元素で置換するとともに、ＭｍとＮｉ及び他の元素との割合が１：５．２以上の原子比で含む。ミッシュメタルは、Ｌａ及びＣｅ等の希土類元素の合金である。Ｎｉを置換する元素としては、例えば、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉから選ばれる少なくとも１つの元素を用いることができる。したがって、水素吸蔵合金として、Ｍｍ、Ｎｉ、ＣｏおよびＡｌを含む合金や、Ｍｍ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ及びＭｎを含む合金等を用いることができる。
水素吸蔵合金粉末は、ＭｍＮｉ５（Ｍｍ：ミッシュメタル）を原型とし、Ｎｉの一部を他の元素で置換するとともに、ＭｍとＮｉ及び他の元素との割合が１：５．２以上の原子比で含む。ミッシュメタルは、Ｌａ及びＣｅ等の希土類元素の合金である。Ｎｉを置換する元素としては、例えば、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉから選ばれる少なくとも１つの元素を用いることができる。したがって、水素吸蔵合金として、Ｍｍ、Ｎｉ、ＣｏおよびＡｌを含む合金や、Ｍｍ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ及びＭｎを含む合金等を用いることができる。
水素吸蔵合金を構成するＭｍをＡとし、Ｍｍ以外の元素をＢとすると、ＡＢ５系水素吸蔵合金は、次の条件の一つを満たす。なお、条件２〜条件４については、特許文献１のニッケル水素蓄電池における水素吸蔵合金と同じ条件である。
条件１：Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．１５以上０．４以下であること。
条件１：Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．１５以上０．４以下であること。
条件２：Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２５以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．１５以上０．２５以下であり、且つ、Ｘ線回折における（００２）面のピークの半価幅と、（２００）面のピークの半価幅との比が１．３以上１．７未満であること。
条件３：Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２５以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．０５以上０．１５以下であり、且つ、Ｘ線回折における（００２）面のピークの半価幅と、（２００）面のピークの半価幅との比が１．１以上１．３未満であること。
条件４：Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．３０以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．０５以上０．１５以下であり、且つ、Ｘ線回折における（００２）面のピークの半価幅と、（２００）面のピークの半価幅との比が１．１以上１．９未満であること。
なお、上記条件１〜条件４において、Ａ元素に対するＢ元素のモル比の上限を５．４としているのは、Ａ元素１ｍｏｌに対するＢ元素の溶解限度がおよそ５．４ｍｏｌであることに基づく。また、上記条件１において、Ａ元素に対するコバルトのモル比を０．４以下としているのはコスト面を考慮してのことである。
また、セパレータ１４は、セパレータ１４が保持する電解液の体積である保液量をＶ１、空隙を０とした場合のセパレータ１４の体積である真容積をＶ２、負極１３の理論容量をＣ１、正極１２の理論容量をＣ２とするとき、下記の式（１）を満たす。なお、以下では、下記式（１）における（Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２）の値を設計値Ｄという。
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１）
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１）
上記式（１）は、正極の理論容量に対する負極の理論容量の比である容量比に応じたセパレータの製造条件を示している。すなわち上記式（１）は、充放電時における水素吸蔵合金の微粉化の程度に応じたセパレータの製造条件を示している。そして、上記（１）を満たすニッケル水素蓄電池においては、水素吸蔵合金が微粉化しても電解液の不足が生じにくく、水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇を抑えることができる。
以下、実施例について詳細に説明する。この実施例では下記の条件でニッケル水素蓄電池を作製し、その特性を評価した。
水素吸蔵合金粉末は以下の方法で作製した。まず、Ｃｅ４５質量％、Ｌａ３０質量％、Ｎｄ５質量％、及び他の希土類元素２０質量％が合金化されたミッシュメタルを用意した。そして、このミッシュメタルと、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＡｌとを、所定の組成になるように配合してアーク溶解炉に入れ、減圧した後、溶解させた。さらに、アルゴンガス雰囲気中において１１３０℃で所定時間熱処理を行い、冷却して水素吸蔵合金を得た。いわゆる、鋳造法による合金調製である。この合金をボールミルで粉砕し、合金粉末を作製した。
水素吸蔵合金粉末は以下の方法で作製した。まず、Ｃｅ４５質量％、Ｌａ３０質量％、Ｎｄ５質量％、及び他の希土類元素２０質量％が合金化されたミッシュメタルを用意した。そして、このミッシュメタルと、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＡｌとを、所定の組成になるように配合してアーク溶解炉に入れ、減圧した後、溶解させた。さらに、アルゴンガス雰囲気中において１１３０℃で所定時間熱処理を行い、冷却して水素吸蔵合金を得た。いわゆる、鋳造法による合金調製である。この合金をボールミルで粉砕し、合金粉末を作製した。
次に、この合金粉末を、アルカリ水溶液に２時間浸漬して攪拌した。その後、水洗および乾燥して合金粉末が得られる。次に、上記水素吸蔵合金の粉末に、濃度が５質量％のポリビニルアルコール水溶液を加えて混練しペーストを作製した。そして、このペーストをパンチングメタルに塗布し、乾燥、圧延および切断することによって負極を作製した。本実施例では、Ｍｍ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＡｌをＭｍＡｌ０．４Ｍｎ０．４Ｃｏ０．１５Ｎｉ４．２５の組成になるように配合して、Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．１５、厚み３５０μｍの負極を作製した。
正極については、発泡ニッケルに、水酸化ニッケルを主成分とする活物質ペーストを充填し、乾燥、圧延および切断することによって厚み５００μｍの正極を作製した。また、セパレータについては、親水化処理を施した厚み２５０μｍのポリオレフィン製の不織布を用いた。そして、これらの正極、負極、及びセパレータを用い、正極の理論容量が５Ａｈ、設計値Ｄが１．８以上３．２以下の範囲に収まる円筒形ニッケル水素蓄電池を作製した。
（耐久試験）
電池容量に対し、蓄電量（ＳＯＣ）が２０〜８０％の範囲で、２０Ａにて充放電を実施し、１５００サイクル終了後に前記測定方法でＤＣ−ＩＲを測定した。ニッケル水素蓄電池が充放電を繰り返すと電池の内部抵抗が上昇するが、この上昇量は少ない方が良く、耐久１５００サイクル後の内部抵抗が小さい電池の方が耐久性に優れているといえる。
電池容量に対し、蓄電量（ＳＯＣ）が２０〜８０％の範囲で、２０Ａにて充放電を実施し、１５００サイクル終了後に前記測定方法でＤＣ−ＩＲを測定した。ニッケル水素蓄電池が充放電を繰り返すと電池の内部抵抗が上昇するが、この上昇量は少ない方が良く、耐久１５００サイクル後の内部抵抗が小さい電池の方が耐久性に優れているといえる。
（直流に対する内部抵抗値（ＤＣ−ＩＲ）の測定方法）
電池容量に対し、蓄電量（ＳＯＣ）が５０％になるまで充電を実施する。１０分休止した後、１０Ａにて１０秒間放電を実施する。１分休止した後、５０Ａにて１０秒間放電を実施する。各電流値と１０秒目の電圧をプロットした際の傾きよりＤＣ−ＩＲを算出した。
電池容量に対し、蓄電量（ＳＯＣ）が５０％になるまで充電を実施する。１０分休止した後、１０Ａにて１０秒間放電を実施する。１分休止した後、５０Ａにて１０秒間放電を実施する。各電流値と１０秒目の電圧をプロットした際の傾きよりＤＣ−ＩＲを算出した。
（試験結果）
耐久試験の結果の一例を表１及び図２に示す。図２の実線は、表１に示される各種結果に基づく近似曲線である。なお、耐久試験後のＤＣ−ＩＲが２．５ｍΩ以下である範囲を合格とした。これは、充放電中の発熱や入出力電力に関する製品の要求仕様が満たされる範囲として、ＤＣ−ＩＲが２．５ｍΩ以下の範囲が設定されていることに基づく。
耐久試験の結果の一例を表１及び図２に示す。図２の実線は、表１に示される各種結果に基づく近似曲線である。なお、耐久試験後のＤＣ−ＩＲが２．５ｍΩ以下である範囲を合格とした。これは、充放電中の発熱や入出力電力に関する製品の要求仕様が満たされる範囲として、ＤＣ−ＩＲが２．５ｍΩ以下の範囲が設定されていることに基づく。
また、表１及び図２から、式（１）の設計値Ｄが２．２以上２．８以下の範囲においては、ＤＣ−ＩＲが２．４ｍΩ以下であることが確認された。２．４ｍΩ以下の範囲では、入出力電力の低下を抑えることが可能であるとともに、充放電中の発熱がさらに抑えられることで電池の寿命を向上させることができる。すなわち、設計値Ｄが２．２以上２．８以下の範囲は、より好適な範囲であるといえる。
次に、上述した構成のニッケル水素蓄電池の作用について説明する。
ここで、ＡＢ５系合金については、Ａ元素に対するＢ元素のモル比を大きくすると充電時における微粉化が抑えられるため、耐久試験後の内部抵抗は低くなる。そして、上記耐久試験の一例に用いたニッケル水素蓄電池の負極は、モル比が５．２である水素吸蔵合金で作製されている。そのため、Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２以上である水素吸蔵合金で負極が作製され、且つ、式（１）の設計値Ｄが２．０以上３．１以下の範囲であれば、上述した試験結果と同様の試験結果が得られる。
ここで、ＡＢ５系合金については、Ａ元素に対するＢ元素のモル比を大きくすると充電時における微粉化が抑えられるため、耐久試験後の内部抵抗は低くなる。そして、上記耐久試験の一例に用いたニッケル水素蓄電池の負極は、モル比が５．２である水素吸蔵合金で作製されている。そのため、Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２以上である水素吸蔵合金で負極が作製され、且つ、式（１）の設計値Ｄが２．０以上３．１以下の範囲であれば、上述した試験結果と同様の試験結果が得られる。
また、ＡＢ５系合金においてコバルトは、水素吸蔵合金の微粉化を抑制するために添加される材料である。そのため、上記耐久試験に用いたニッケル水素蓄電池の負極においてＡ元素に対するコバルトのモル比が０．１５であることから、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．１５以上の水素吸蔵合金で負極が作製され、且つ、設計値Ｄが２．０以上３．１以下の範囲であれば、上述した試験結果と同様の試験結果が得られる。
そのため、ニッケル水素蓄電池は、ＡＢ５水素吸蔵合金が下記の条件（ａ）〜（ｃ）を満たし、且つ、上記式（１）の設計値Ｄが２．０以上３．１以下の範囲となるように設計されることにより、水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇が抑えられる。
（ａ）Ａ元素がミッシュメタルで、かつＢ元素がニッケルを主にしてニッケルの一部をコバルトを含む他の元素で置換したものであること。
（ｂ）Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２以上５．４以下であること。
（ｃ）Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．１５以上０．４以下であること。
（ａ）Ａ元素がミッシュメタルで、かつＢ元素がニッケルを主にしてニッケルの一部をコバルトを含む他の元素で置換したものであること。
（ｂ）Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２以上５．４以下であること。
（ｃ）Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．１５以上０．４以下であること。
また、特許文献１より、上述した水素吸蔵合金の条件２〜４については、設計値Ｄについての考慮がなされることなく、耐久試験後のＤＣ−ＩＲが２．５ｍΩ以下であることが確認されている。また、上記実施例において式（１）を満たすように設計されることによってニッケル水素蓄電池の内部抵抗が抑えられることが確認されている。そのため、上記条件２〜４のいずれかを満たすニッケル水素蓄電池が式（１）を満たすように設計されることによって内部抵抗の上昇がさらに抑えられる。
また、上記実施例によれば、式（１）を満たしている場合に内部抵抗が抑えられるニッケル水素蓄電池として、容量比が１．２以上１．３５以下であるニッケル水素蓄電池が含まれている。すなわち、上記条件１〜条件４のいずれかを満たし、且つ上記式（１）を満たすニッケル水素蓄電池では、容量比が１．２以上１．３５以下に設定されたとしても内部抵抗の上昇を抑えることができる。その結果、重量エネルギー密度の向上、及びコバルトの使用量の削減を図ることができる。
以上説明したように、上記実施形態のニッケル水素蓄電池によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）上述した条件１〜条件４のいずれかを満たす水素吸蔵合金を用いたニッケル水素蓄電池では、上記式（１）を満たすように正極、負極、及びセパレータが設計されることで、水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇が抑えられる。
（１）上述した条件１〜条件４のいずれかを満たす水素吸蔵合金を用いたニッケル水素蓄電池では、上記式（１）を満たすように正極、負極、及びセパレータが設計されることで、水素吸蔵合金の微粉化に起因した内部抵抗の上昇が抑えられる。
（２）上記式（１）の設計値Ｄが２．２以上２．８以下を満たすニッケル水素蓄電池においては、負極の微粉化に起因した内部抵抗の上昇がさらに抑えられる。その結果、ニッケル水素蓄電池の発熱量が抑えられることでニッケル水素蓄電池の寿命を向上させることができる。また、ニッケル水素蓄電池に対する入出力電力を増大させることもできる。
（３）容量比が１．２以上１．３５以下に設定されることで、負極の微粉化に起因した内部抵抗の上昇を抑えつつ、重量エネルギー密度の向上、及びコバルトの使用量の削減によるコストの低減を図ることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・上記式（１）が満たされるならば、正極の理論容量に対する負極の理論容量の比である容量比は、１．２未満の値であってもよいし１．３５より大きい値であってもよい。
・上記式（１）が満たされるならば、正極の理論容量に対する負極の理論容量の比である容量比は、１．２未満の値であってもよいし１．３５より大きい値であってもよい。
・ＡＢ５系水素吸蔵合金は、Ｂ元素の組成が前記実施形態で記載したものに限らず、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉの割合を変更してもよい。
・ニッケル水素蓄電池は、ケースが円筒形の円筒形密閉式ニッケル水素蓄電池に限らず、角形密閉式ニッケル水素蓄電池や複数の単電池を組み合わせたモジュール電池であってもよい。
・ニッケル水素蓄電池は、ケースが円筒形の円筒形密閉式ニッケル水素蓄電池に限らず、角形密閉式ニッケル水素蓄電池や複数の単電池を組み合わせたモジュール電池であってもよい。
１０…ニッケル水素蓄電池、１１…ケース、１２…正極、１３…負極、１４…セパレータ、１５…封口板。
Claims (6)
- 正極と、ＡＢ５系水素吸蔵合金を使用した負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、
前記ＡＢ５系水素吸蔵合金が、
Ａ元素がミッシュメタルの構成元素であり、かつＢ元素がニッケルとコバルトとを含み、且つ、Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．１５以上０．４以下であるニッケル水素蓄電池であって、
前記セパレータが保持する電解液の体積である保液量をＶ１、空隙を０とした場合の前記セパレータの体積である真容積をＶ２、前記負極の理論容量をＣ１、前記正極の理論容量をＣ２とするとき、式（１）を満たすことを特徴とするニッケル水素蓄電池。
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１） - 正極と、ＡＢ５系水素吸蔵合金を使用した負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、
前記ＡＢ５系水素吸蔵合金が、
Ａ元素がミッシュメタルの構成元素であり、かつＢ元素がニッケルとコバルトとを含み、且つ、Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２５以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．１５以上０．２５以下であり、且つ、Ｘ線回折における（００２）面のピークの半価幅と、（２００）面のピークの半価幅との比が１．３以上１．７未満であるニッケル水素蓄電池であって、
前記セパレータが保持する電解液の体積である保液量をＶ１、空隙を０とした場合の前記セパレータの体積である真容積をＶ２、前記負極の理論容量をＣ１、前記正極の理論容量をＣ２とするとき、式（１）を満たすことを特徴とするニッケル水素蓄電池。
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１） - 正極と、ＡＢ５系水素吸蔵合金を使用した負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、
前記ＡＢ５系水素吸蔵合金が、
Ａ元素がミッシュメタルの構成元素であり、かつＢ元素がニッケルとコバルトとを含み、且つ、Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．２５以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．０５以上０．１５以下であり、且つ、Ｘ線回折における（００２）面のピークの半価幅と、（２００）面のピークの半価幅との比が１．１以上１．３未満であるニッケル水素蓄電池であって、
前記セパレータが保持する電解液の体積である保液量をＶ１、空隙を０とした場合の前記セパレータの体積である真容積をＶ２、前記負極の理論容量をＣ１、前記正極の理論容量をＣ２とするとき、式（１）を満たすことを特徴とするニッケル水素蓄電池。
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１） - 正極と、ＡＢ５系水素吸蔵合金を使用した負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、
前記ＡＢ５系水素吸蔵合金が、
Ａ元素がミッシュメタルの構成元素であり、かつＢ元素がニッケルとコバルトとを含み、且つ、Ａ元素に対するＢ元素のモル比が５．３０以上５．４以下であり、且つ、Ａ元素に対するコバルトのモル比が０．０５以上０．１５以下であり、且つ、Ｘ線回折における（００２）面のピークの半価幅と、（２００）面のピークの半価幅との比が１．１以上１．９未満であるニッケル水素蓄電池であって、
前記セパレータが保持する電解液の体積である保液量をＶ１、空隙を０とした場合の前記セパレータの体積である真容積をＶ２、前記負極の理論容量をＣ１、前記正極の理論容量をＣ２とするとき、式（１）を満たすことを特徴とするニッケル水素蓄電池。
２．０≦Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２≦３．１ … （１） - 前記式（１）における（Ｖ１／Ｖ２×Ｃ１／Ｃ２）の値が２．２以上２．８以下である
請求項１〜４のいずれか一項に記載のニッケル水素蓄電池。 - 前記正極の理論容量に対する前記負極の理論容量の比である容量比が１．２以上１．３５以下である
請求項１〜５のいずれか一項に記載のニッケル水素蓄電池。
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