JPH05217580A - アルカリ蓄電池用ニッケル電極 - Google Patents

アルカリ蓄電池用ニッケル電極

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JPH05217580A
JPH05217580A JP4046174A JP4617492A JPH05217580A JP H05217580 A JPH05217580 A JP H05217580A JP 4046174 A JP4046174 A JP 4046174A JP 4617492 A JP4617492 A JP 4617492A JP H05217580 A JPH05217580 A JP H05217580A
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JP
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zinc
electrode
nickel
cobalt
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JP4046174A
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English (en)
Inventor
Sumiko Mukai
澄子 向井
Masaharu Watada
正治 綿田
Masahiko Oshitani
政彦 押谷
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Yuasa Corp
Original Assignee
Yuasa Corp
Yuasa Battery Corp
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Publication date
Application filed by Yuasa Corp, Yuasa Battery Corp filed Critical Yuasa Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ニッケル電極において有害重金属を含有する
ことなく電極膨潤を防止し、且つ、広域温度において充
電効率の優れたペースト式ニッケル電極の提供を目的と
するものである。 【構成】 正極活物質である水酸化ニッケル粉末に、II
族元素及びコバルトを固溶状態で含有させたものを活物
質として用いることにより、上記目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はニッケル−カドミウム蓄
電池やニッケル−金属水素化物蓄電池等に用いられるア
ルカリ蓄電池用ニッケル電極に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年のポータブルエレクトロニクス機器
の小型軽量化に伴い、その携帯電源である電池にも高エ
ネルギー密度化が求められている。その要求に対処する
ため、ペースト式ニッケル電極を用いたニッケル−カド
ミウム蓄電池、ニッケル金属水素化物蓄電池やニッケル
−亜鉛蓄電池等が開発実用化されている。
【0003】ペースト式ニッケル電極は、耐アルカリ性
金属の多孔体を電極基板とし、その基板に活物質である
水酸化ニッケル粉末を直接的に充填すことにより作製さ
れる。電極基板は、その作製限界に近い95%程度の多
孔度を保つニッケル繊維多孔体や発泡ニッケル多孔体等
が実用化されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これら上述のペースト
式ニッケル電極は、充放電の繰り返しよるγ−NiOO
Hの生成に起因する電極膨潤、高温時の充電効率の低
下、等の問題点がある。従来は、少量のカドミウムを固
溶状態で水酸化ニッケル結晶に添加し電極膨潤を抑制し
ていた。しかし、最近は環境問題との関連により有害重
金属であるカドミウムに代わる新たな添加元素の開発が
求められている。また、高温時の充電効率を向上させる
には、電解液として用いられている水酸化カリウム水溶
液に、水酸化リチウム水溶液を添加する方法が取られて
いる。しかし、水酸化リチウムの添加は放電電圧や低温
時の放電容量を低下させるという欠点があり、高温特性
の優れた活物質自体の開発が要求されている。
【0005】本発明は上記従来の課題に鑑みてなされた
ものであり、ニッケル電極において有害重金属を含有す
ることなく電極膨潤を防止し、且つ、広域温度において
充電効率の優れたペースト式ニッケル電極の提供を目的
とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
すべく、ペースト式ニッケル電極において、ニッケル、
II族元素及びコバルトをそれらの硫酸塩粉末を出発原料
とし、苛性ソーダもしくは苛性カリウムによりpH13
以上のアルカリ水溶液中で析出させることにより製造さ
れる水酸化ニッケル粉末を活物質として用いることを特
徴とするものである。
【0007】ここでII族元素が亜鉛の場合には、その含
有量が亜鉛として2重量%以上、コバルトとして2重量
%以上の範囲であり、それら全含有量は10重量%以内
とすることが望ましい。また、II族元素としては、亜鉛
単独でなくとも、前記亜鉛の一部が亜鉛以外のII族元素
から選ばれた少なくとも一種で置換されたものであって
もよい。
【0008】
【作 用】ニッケル電極の電極膨潤の原因である、低密
度なγ−NiOOHの生成はカドミウムの固溶体添加に
より抑制できる。また、カドミウム以外の亜鉛や、マグ
ネスム等のII族元素にも同様の作用があることがわかっ
た。尚、II族にはその他として水銀、バリウム等もある
が、公害および溶解度の見地から適切ではない。例えば
亜鉛の場合では、亜鉛として2重量%以上をニッケル粒
子に固溶状態で添加することによって、電極膨潤の原因
であるγ−NiOOHの生成を効果的に抑制することが
可能となる。その上、亜鉛を固溶状態で含有すると、充
電末期での酸素発生電位を貴にシフトさせる作用をも持
つ。
【0009】一方、ニッケル電極を高温で充電した場
合、活物質の酸素過電圧(酸素発生電位と酸化電位の
差)が小さいために、充電効率の低下が生じる。コバル
トが水酸化ニッケルの結晶中に固溶状態で存在すると、
充電酸化電位は卑にシフトすることにより酸素過電圧が
増大し、高温時の充電効率が向上する。コバルトの含有
量は、コバルトとして2重量%以上で効果を有する。コ
バルトを単独に含有させた場合は、γ−NiOOHの生
成防止及び酸素発生電位を貴にシフトさせる作用が認め
られない。
【0010】また、水酸化ニッケル粒子をpH13以下
の低濃度アルカリ水溶液中で析出させた場合、結晶性の
緻密な水酸化ニッケルが生成し易い。このために、結晶
内のプロトン移動が制限されて利用率の低下を生じた
り、γ−NiOOHを生成し易いため電極膨潤率が大き
くなり寿命特性の悪化を引き起こす。しかしながら、高
いpHの溶液中で析出させた場合は結晶性が大となり、
スムーズにプロトン移動できる電気化学的に活性な水酸
化ニッケル粒子を得ることが可能となる。
【0011】ここで、亜鉛及びコバルトを固溶状態で水
酸化ニッケル結晶中に含有させpH13以上のアルカリ
溶液中で結晶析出させることによって、電極膨潤の原因
であるγ−NiOOHの生成は効果的に防止され、且
つ、活物質の酸素発生電位は貴に、充電酸化電位は卑に
シフトし、亜鉛やコバルト単独の場合よりも、より大き
な酸素過電圧が得られるために、高温時の充電効率のさ
らに優れた無公害のニッケル電極が可能となる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の詳細及び一実施例を図面に即
して説明する。亜鉛及びコバルトを固溶状態で含有する
各種の水酸化ニッケル粉末を次のように作製した。硝酸
ニッケルに所定量の硝酸亜鉛及び硝酸コバルトを加えた
水溶液に、水酸化ナトリウム水溶液を滴下しながら激し
く攪拌しpH13以上に保ちながら、錯イオンを分解さ
せて亜鉛及びコバルトの固溶した水酸化ニッケル粒子を
析出させることにより各種の水酸化ニッケル粉末を作製
した。これら各種の水酸化ニッケル粉末に少量の一酸化
コバルト粉末を混合し、カルボキシメチルセルロースで
増粘した水溶液を加えてペースト状と成して、ニッケル
繊維多孔体基体に一定量を充填してペースト式ニッケル
電極を作製した。これら電極をカドミウム負極を相手極
とし、水酸化カリウム水溶液あるいは水酸化リチウム水
溶液の電解液中で充放電して、電極膨潤度や高温時の充
電効率等を測定した。
【0013】図1は、亜鉛及びコバルトを固溶した水酸
化ニッケル粉末を用いたペースト式電極において、亜鉛
の含有量と電極膨潤の原因であるγ−NiOOHの生成
量との関係を示したものである。γ−NiOOH生成量
は、ニッケル電極を0.5Cの高電流密度で充電した後
にX線解析にて求めたものであり、亜鉛の含有量に比例
して減少することがわかった。γ−NiOOH生成量が
30%以下の範囲ならば実用的に問題となるような電極
膨潤を引き起こさないことから、図1より、亜鉛の含有
量は亜鉛として2重量%以上とするのが望ましい。この
ことは、亜鉛及びコバルトを固溶した各種水酸化ニッケ
ル粉末についても同様であった。しかし、コバルトのみ
を固溶したものでは、含有量が20重量%以下の範囲に
おいて、この様なγ−NiOOH生成の抑制効果はみら
れなった。
【0014】図2は、本発明品である亜鉛及びコバルト
を固溶した水酸化ニッケル粉末を用いたニッケル電極に
おいて、コバルト含有量と酸素過電圧との関係を示した
ものである。尚、亜鉛の含有量は5重量%で一定とし
た。ニッケル電極を高温で充電した場合、水酸化ニッケ
ル活物質の酸化反応と酸素発生反応が競合し、酸素過電
圧が小さい場合は酸素発生反応が優位となるために充電
効率の低下を生じる。そこで、高温での充電効率を高め
るためには、活物質の酸素過電圧を大きくする必要があ
る。なお、亜鉛のみ、あるいはコバルトのみを含有する
ことでも酸素過電圧は大きくなるが、本発明品のような
亜鉛及びコバルトが同時に含まれるものよりは低い。こ
れは、亜鉛の含有により酸素発生電位が貴にシフトし、
コバルトの含有により酸化電位が卑にシフトしたことの
相乗効果によるものと考えられる。
【0015】図3は、これらニッケル電極の高温45℃
での充電効率とコバルト含有量との関係を示したもので
ある。尚、亜鉛の含有量は、5重量%で一定とした。充
電効率はコバルトの含有量に比例して増加しており、図
2で示した酸素過電圧の増大により充電効率が増加した
ものと考えられる。図3より、実用的に80%以上の充
電効果を得るには、その含有量はコバルトとして2重量
%以上とするのが望ましい。但し、コバルトの含有量が
多くなるほど放電電圧の低下を来すので、その含有量は
コバルトとして10重量%以内にとどめるのがよい。図
4は、本発明品の5〜45℃の温度範囲での容量特性を
比較例と共に示したものである。本発明品である亜鉛及
びコバルトを固溶状態で含有した水酸化ニッケル粉末を
用いたニッケル電極は、5〜45℃の温度範囲で殆ど変
動することなく安定した容量特性を示している。これに
対して、電解液に水酸化リチウムを添加する従来法で
は、高温時の容量は向上するが、低温時の容量は逆に低
下し、広域温度にて安定した容量を得ることができな
い。また、コバルトのみを含有させたものにおいても、
低温時に高級酸化物であるγ−NiOOHが生成して容
量増大と共に電極膨潤を生じ、本発明品のような広域温
度に渡って安定した容量特性を示さないことがわかる。
更に亜鉛のみを含有させたものでは、γ−NiOOHは
生成しないが、水素過電圧が低下するため、電池容量が
減少した。
【0016】一方、含有された亜鉛とコバルトはそれ自
体活物質として働かないためにそれら含有量を増大すれ
ば、それだけ単位活物質重量あたりの容量が低下するこ
とになる。従って、実用的見地から、亜鉛とコバルトの
全含有量は10重量%以内にとどめることが望ましい。
【0017】以上のように、亜鉛及びコバルトを固溶状
態で含有させることにより、電極膨潤を防止し、広域温
度で安定した容量の無公害な高エネルギー密度のペース
ト式ニッケル電極を得ることが可能となった。尚、上記
実施例の亜鉛の一部あるいは全部を亜鉛以外のカドミウ
ムやマグネシウム等のII族元素で置換した場合において
も、上記と同様の効果をもつものである。
【0018】
【発明の効果】上記のように、本発明はペースト式ニッ
ケル電極において、広域温度範囲に渡り利用率の高い安
定した容量特性をもつニッケル電極を提供するものであ
り、極めて工業的価値大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】水酸化ニッケル活物質における亜鉛の含有量と
γ−NiOOH生成量との関係図である。
【図2】本発明品におけるコバルト含有量と酸素過電圧
との関係図である。
【図3】本発明品におけるコバルト含有量と45℃での
充電効率との関係図である。
【図4】本発明品および比較品の5〜45℃の温度範囲
での容量特性の比較図である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極活物質である水酸化ニッケル粉末
    に、II族元素及びコバルトを固溶状態で含有させたもの
    を活物質として用いることを特徴とするアルカリ蓄電池
    用ニッケル電極。
  2. 【請求項2】 前記II族元素が亜鉛であり、その含有量
    が亜鉛として2重量%以上、コバルトとして2重量%以
    上の範囲である請求項1記載のアルカリ蓄電池用ニッケ
    ル電極。
  3. 【請求項3】 前記II族元素が亜鉛であり、その含有量
    が亜鉛として2重量%以上、コバルトとして2重量%以
    上の範囲であり、亜鉛とコバルトの全含有量が10重量
    %以内である請求項1記載のアルカリ蓄電池用ニッケル
    電極。
  4. 【請求項4】 前記亜鉛の一部が亜鉛以外のII族元素の
    群から選ばれた他の少なくとも一種で置換された請求項
    2または請求項3記載のアルカリ蓄電池用ニッケル電
    極。
  5. 【請求項5】 前記活物質粉末が、それらの硫酸塩水溶
    液を出発原料とし、苛性ソーダもしくは苛性カリウムに
    よりpH13以上のアルカリ蓄電池水溶液中で析出させ
    ることにより製造される請求項1記載のアルカリ蓄電池
    用ニッケル電極。
JP4046174A 1992-01-31 1992-01-31 アルカリ蓄電池用ニッケル電極 Pending JPH05217580A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4429273B4 (de) * 1993-08-19 2005-09-08 Toshiba Battery Co., Ltd. Alkali-Senkundär-Batterie

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4429273B4 (de) * 1993-08-19 2005-09-08 Toshiba Battery Co., Ltd. Alkali-Senkundär-Batterie

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