JP6787728B2 - ニッケル水素二次電池用の負極、この負極を含むニッケル水素二次電池 - Google Patents
ニッケル水素二次電池用の負極、この負極を含むニッケル水素二次電池 Download PDFInfo
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Description
まず、正極活物質粒子、水及び結着剤を含む正極合剤スラリーを調製する。調製された正極合剤スラリーは、例えば、発泡ニッケルシートに充填され、乾燥させられる。乾燥後、水酸化ニッケル粒子等が充填された発泡ニッケルシートは、ロール圧延されてから裁断され、正極24が作製される。
負極26は、帯状をなす導電性の負極芯体を有し、この負極芯体に負極合剤が保持されている。
まず、水素吸蔵合金粒子からなる水素吸蔵合金粉末、多孔質炭素材料からなる導電助剤の粉末、結着剤、必要に応じて負極補助添加剤の粉末及び水をそれぞれ所定量だけ準備する(準備工程)。
1.電池の製造
(1)正極の作製
Ni100質量部に対して、Zn3.0質量部、Mg0.4質量部、Co1.0質量部となるように、硫酸ニッケル、硫酸亜鉛、硫酸マグネシウム及び硫酸コバルトを計量し、これらを、アンモニウムイオンを含む1Nの水酸化ナトリウム水溶液に加え、混合水溶液を調製した。得られた混合水溶液を攪拌しながら、この混合水溶液に10Nの水酸化ナトリウム水溶液を徐々に添加して反応させ、ここでの反応中のpHを13〜14に安定させて、水酸化ニッケルを主体とし、Zn、Mg及びCoを固溶した水酸化ニッケル粒子を生成させた。
La、Nd、Sm、Zr、Mg、Ni、Alの各金属材料を所定のモル比となるように混合した後、アルゴンガス雰囲気下で高周波誘導溶解炉に投入して溶解させ、これを25℃程度の室温まで冷却してインゴットを作製した。
まず、炭素前駆体であるポリアミック酸樹脂100質量部に対し、酸化マグネシウム10.0質量部を混合した。次に、この混合物を窒素ガス雰囲気下で1000℃に加熱し、この温度で1時間保持した。その後、25℃程度の室温まで冷却し、熱分解したポリアミック酸樹脂と、このポリアミック酸樹脂中に分散した酸化マグネシウムとの炭素複合体を得た。得られた炭素複合体を濃度が1mol/lの硫酸水溶液に投入して酸処理を施し、酸化マグネシウムを溶解除去した。これにより、多孔質炭素材料を得た。得られた多孔質炭素材料につき、走査型電子顕微鏡で粒子構造を観察したところ、複数のメソ孔と、複数のミクロ孔とを含む三次元網目構造をなしていた。
得られた正極24及び負極26をこれらの間にセパレータ28を挟んだ状態で渦巻状に巻回し、電極群22を作製した。ここでの電極群22の作製に使用したセパレータ28はスルホン化処理が施されたポリプロピレン繊維製不織布から成り、その厚みは0.1mm(目付量40g/m2)であった。
得られた電池2に対し、温度25℃の環境下にて、0.4A(0.1C)で16時間の充電を行った後、0.8A(0.2C)で電池電圧が1.0Vになるまで放電させる充放電作業を1サイクルとする充放電サイクルを5回繰り返した。このようにして初期活性化処理を行い、電池2を使用可能状態とした。
酸処理を施した後の多孔質炭素材料を窒素雰囲気下で1000℃に加熱し、この温度で1時間保持する熱処理を施したことを除いては、実施例1と同様にしてニッケル水素二次電池を作製した。
酸処理を施した後の多孔質炭素材料を窒素雰囲気下で1500℃に加熱し、この温度で1時間保持する熱処理を施したことを除いては、実施例1と同様にしてニッケル水素二次電池を作製した。
(1)サイクル寿命特性
作製された実施例1〜3、比較例1の電池に対し、25℃の環境下にて、1.0Cで、電池電圧が最大値に達した後、10mV低下するまで充電し、その後、1時間放置した。次いで、1時間放置した後の電池に対し、同一の環境下にて1.0Cで電池電圧が1.0Vに到達するまで放電した後1時間放置した。
容量維持率(%)=(各サイクルにおける放電容量/初期容量)×100・・・(I)
作製された実施例1〜3、比較例1の電池に対し、25℃の環境下にて、1.0Cで、電池電圧が最大値に達した後、10mV低下するまで充電し、その後、1時間放置した。次いで、1時間放置した後の電池に対し、同一の環境下にて1.0Cで電池電圧が1.0Vに到達するまで放電した後1時間放置した。
自己放電容量=最大容量−残存容量・・・(II)
(i)実施例1〜3は、比較例1に比べてサイクル寿命特性が向上し、40℃で2週間放置後の自己放電率も低下している。実施例1〜3は、比較例1と粒子構造が異なっており、三次元網目構造を有し、平均細孔径が7〜10nmと比較例1より大きい。この構造的特徴により、実施例1〜3の水素吸蔵合金負極では、電解液が浸透しやすく、かつ、保持されやすいため、サイクル寿命特性及び自己放電特性が向上したと考えられる。
22 電極群
24 正極
26 負極
28 セパレータ
40 多孔質炭素材料
42 メソ孔
44 ミクロ孔
46 炭素質壁
Claims (6)
- 負極芯体と、
前記負極芯体に保持されている負極合剤と、を備え、
前記負極合剤は、水素吸蔵合金の粒子からなる水素吸蔵合金粉末及び導電助剤の粉末を含んでおり、
前記導電助剤は、複数のメソ孔と、前記メソ孔の外郭を構成する炭素質壁と、前記炭素質壁に形成されており、隣接する前記メソ孔同士を連通する複数のミクロ孔とを含んでおり、前記複数のメソ孔及び前記複数のミクロ孔をあわせたものの平均細孔径が2nmより大きい多孔質炭素材料である、ニッケル水素二次電池用の負極。 - 前記多孔質炭素材料の比表面積が、600m2/g以上、1500m2/g以下である、請求項1に記載のニッケル水素二次電池用の負極。
- 前記多孔質炭素材料の比表面積が、1200m2/g以上、1500m2/g以下である、請求項1に記載のニッケル水素二次電池用の負極。
- 前記多孔質炭素材料は、表面に存在する酸性官能基の一部又は全部が除去されている、請求項1〜3の何れかに記載のニッケル水素二次電池用の負極。
- 前記多孔質炭素材料からなる前記導電助剤の粉末は、前記水素吸蔵合金粉末100質量部に対し、0.5質量部以上、1.5質量部以下添加されている、請求項1〜4の何れかに記載のニッケル水素二次電池用の負極。
- 容器と、前記容器内にアルカリ電解液とともに収容された電極群とを備え、
前記電極群は、セパレータを介して重ね合わされた正極及び負極からなり、
前記負極は、請求項1〜5の何れかに記載されたニッケル水素二次電池用の負極である、ニッケル水素二次電池。
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