JP7092639B2 - アルカリ二次電池 - Google Patents
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Description
すなわち水素吸蔵合金は0.2MPa以上の平衡解離圧を有する。筐体に水素ガスが充填されている。水素ガスは、水素吸蔵合金の平衡解離圧以上の圧力を有する。
図1は本実施形態のアルカリ二次電池の構成の一例を示す概略図である。
電池100はアルカリ二次電池である。電池100は筐体20、電極群10および電解液(不図示)を少なくとも含む。筐体20の形状は特に限定されるべきではない。筐体20は、例えば円筒形、角形、コイン形等であってもよい。
正極11は例えば板状、シート状等の形態を有し得る。正極11は例えば10μm以上1mm以下の厚さを有していてもよい。正極11は正極活物質を少なくとも含む。正極活物質は例えば粒子群(粉体)であってもよい。正極活物質は例えば1μm以上30μm以下のD50を有していてもよい。「D50」は、体積基準の粒度分布において微粒側からの積算粒子体積が全粒子体積の50%になる粒子径を示す。
本実施形態の正極活物質は二酸化マンガンおよび水酸化ニッケルである。すなわち正極11は二酸化マンガンおよび水酸化ニッケルを含む。正極11が二酸化マンガンおよび水酸化ニッケルの両方を含むことにより、二酸化マンガンが正極活物質として機能すると考えられる。二酸化マンガンは各種の結晶構造を有し得る。二酸化マンガンは例えばβ型等であってもよい。水酸化ニッケルも各種の結晶構造を有し得る。水酸化ニッケルは例えばβ型等であってもよい。
正極11は実質的に正極活物質のみからなっていてもよい。正極11は正極活物質に加えて、例えば集電体、導電材、バインダ等をさらに含んでいてもよい。
負極12は板状、シート状等の形態を有し得る。負極12は例えば10μm以上1mm以下の厚さを有していてもよい。負極12は負極活物質を少なくとも含む。負極活物質は粒子群であってもよい。負極活物質は例えば1μm以上30μm以下のD50を有していてもよい。
本実施形態の負極活物質は水素吸蔵合金である。すなわち負極12は水素吸蔵合金を含む。水素吸蔵合金は水素を可逆的に吸蔵し、放出する。水素吸蔵合金は特に限定されるべきではない。水素吸蔵合金は、例えばAB型合金(例えばTiFe等)、AB2型合金(例えばZrMn2、ZrV2、ZrNi2等)、A2B型合金(例えばMg2Ni、Mg2Cu等)、AB5型合金(例えばCaNi5、LaNi5、MmNi5等)、A2B7型合金(例えばLa2Ni7等)、A5B19型合金(例えばPr4MgNi19等)等であってもよい。負極12に1種の水素吸蔵合金が単独で含まれていてもよい。負極12に2種以上の水素吸蔵合金が含まれていてもよい。例えば負極12にAB5型合金、A2B7型合金およびA5B19型合金からなる群より選択される少なくとも1種が含まれていてもよい。
水素吸蔵合金は平衡解離圧を有する。水素吸蔵合金は例えば0.01MPa以上10MPa以下の平衡解離圧を有していてもよい。水素吸蔵合金は例えば0.1MPa以下の平衡解離圧を有していてもよい。すなわち水素吸蔵合金は低解離圧合金であってもよい。低解離圧合金は、例えばMmNi4.14Co0.29Mn0.49Al0.30(平衡解離圧 0.01MPa)等であってもよい。
図2はAB5型合金の水素圧-組成-等温線図(PCT線図)の一例である。図3はA5B19型合金のPCT線図の一例である。図2および図3は、いずれも高解離圧合金のPCT線図である。図2のAB5型合金は2MPa程度の平衡解離圧を有する。図3のA5B19型合金は0.2MPa程度の平衡解離圧を有する。
負極12は実質的に負極活物質のみからなっていてもよい。負極12は負極活物質に加えて、例えば集電体、導電材、バインダ等をさらに含んでいてもよい。
筐体20に水素ガスが充填されていてもよい。水素ガスは水素吸蔵合金の平衡解離圧以上の圧力を有していてもよい。これにより水素吸蔵合金(特に高解離圧合金)が安定して水素を吸蔵し、放出することが期待される。
セパレータ13は多孔質である。セパレータ13は例えば10μm以上1mm以下の厚さを有していてもよい。セパレータ13は電気絶縁性である。セパレータ13は例えばポリオレフィン製の不織布等であってもよい。セパレータ13は例えばポリオレフィン製の微多孔質フィルム等であってもよい。
電解液はアルカリ水溶液である。電解液は、例えば水酸化カリウム(KOH)水溶液、水酸化リチウム(LiOH)水溶液、水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液等であってもよい。アルカリ水溶液にKOH、LiOHおよびNaOHからなる群より選択される少なくとも1種が溶解していてもよい。アルカリ水溶液の濃度は、例えば1mоl/L以上10mоl/L以下であってもよい。
以下のように各種の電池100(アルカリ二次電池)が作製された。本実施例の電池100は、20~21mAhの充電容量を有するように設計されている。
第1電極が準備された。第1電極は円板状である。第1電極は10mmの直径を有する。第1電極はβ-MnO2(理論容量 308mAh/g、標準電極電位 0.15V)を正極活物質として含む。
正極が準備された。正極は円板状である。正極は10mmの直径を有する。正極はβ-Ni(OH)2を正極活物質として含む。正極は20mAhの充電容量を有するように設計されている。該正極が使用されることを除いては、実施例1と同様に電池100が作製された。
正極が準備された。正極は円板状である。正極は10mmの直径を有する。正極はβ-MnO2を正極活物質として含む。該正極が使用されることを除いては、実施例1と同様に電池100が作製された。
実施例1と同様に正極11が作製された。負極12が準備された。実施例2の負極12はMmNi4.12Co0.79(平衡解離圧 2MPa)を負極活物質として含む。実施例1と同様に電極群10が形成された。筐体20に電極群10が収納された。さらに実施例2では、筐体20に水素ガスが充填された。筐体20内における水素ガスの圧力は3MPaである。所定量の電解液が筐体20に注入された。電解液は水酸化カリウム水溶液(濃度 6mol/L)である。以上より実施例2の電池100が作製された。
正極が準備された。正極は円板状である。正極は10mmの直径を有する。正極はβ-Ni(OH)2を正極活物質として含む。該正極が使用されることを除いては、実施例2と同様に電池100が作製された。
正極が準備された。正極は円板状である。正極は10mmの直径を有する。正極はβ-MnO2を正極活物質として含む。該正極が使用されることを除いては、実施例2と同様に電池100が作製された。
実施例1と同様に正極11が作製された。負極12が準備された。実施例3の負極12はPr4MgNi19(平衡解離圧 0.2MPa)を負極活物質として含む。Pr4MgNi19はコバルトフリーのA5B19型合金である。実施例1と同様に電極群10が形成された。筐体20に電極群10が収納された。さらに実施例2では、筐体20に水素ガスが充填された。筐体20内における水素ガスの圧力は0.3MPaである。所定量の電解液が筐体20に注入された。電解液は水酸化カリウム水溶液(濃度 6mol/L)である。以上より実施例3の電池100が作製された。
0.08Cの電流レートにより、電池100が充放電された。「C」は電流レートの単位である。「1C」の電流レートでは、電池の設計容量が1時間で充電される。下記表1に充電容量、放電容量、充電平均電圧、充電最大電圧、放電平均電圧、放電終止電圧および平均電圧が示される。
実施例1では、正極11が二酸化マンガンおよび水酸化ニッケルの両方を含む。実施例1では略設計どおりの充電容量および放電容量が得られている。よって二酸化マンガンが正極活物質として機能していると考えられる。
図4および図5の横軸は充放電容量である。図4および図5の縦軸は電圧である。図4および図5に示されるように、実施例2および比較例2-1は充放電が可能である。実施例2と比較例2-1とは、略同等の性能(充放電容量、電圧)を示している。
Claims (1)
- 筐体、正極、負極および電解液を少なくとも含み、
前記筐体は前記正極、前記負極および前記電解液を収納しており、
前記正極は二酸化マンガンおよび水酸化ニッケルを含み、
前記負極は水素吸蔵合金を含み、
前記水素吸蔵合金は0.2MPa以上の平衡解離圧を有し、
前記筐体に水素ガスが充填されており、
前記水素ガスは、前記水素吸蔵合金の前記平衡解離圧以上の圧力を有する、
アルカリ二次電池。
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