JPH05258748A - 水素化物二次電池 - Google Patents

水素化物二次電池

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JPH05258748A
JPH05258748A JP4089598A JP8959892A JPH05258748A JP H05258748 A JPH05258748 A JP H05258748A JP 4089598 A JP4089598 A JP 4089598A JP 8959892 A JP8959892 A JP 8959892A JP H05258748 A JPH05258748 A JP H05258748A
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secondary battery
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hydride secondary
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自己放電が少なく、貯蔵特性の優れた水素化
物二次電池を提供する。 【構成】 ニッケル酸化物またはニッケル水酸化物を含
む正極と、水素吸蔵合金を含む負極と、アルカリ水溶液
からなる電解液を有する水素化物二次電池において、負
極の表面にフッ素系界面活性剤などのアニオン性界面活
性剤を負極活物質の水素吸蔵合金に対して0.01〜
0.1重量%担持させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自己放電が少なく、貯
蔵特性の優れた水素化物二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】水素化物二次電池は、負極の活物質とし
て水素原子を可逆的に吸蔵、放出できる水素吸蔵合金を
用い、正極の活物質としてニッケル酸化物またはニッケ
ル水酸化物を用い、電解液としてアルカリ水溶液を用い
た電池であり、無公害で高エネルギー密度のアルカリ二
次電池として、その発展が期待されている。
【0003】この水素化物二次電池では、次に示すよう
な反応式で電池反応が進行する。反応式において、充電
反応は左から右方向への矢印で示し、放電反応は右から
左方向への矢印で示す。つまり、〔式1〕と〔式3〕が
充電反応で、〔式2〕と〔式4〕が放電反応である。
【0004】〔正極〕 〔式1〕 Ni(OH)2 +OH- → NiOOH+
2 O+e- 〔式2〕 Ni(OH)2 +OH- ← NiOOH+
2 O+e-
【0005】〔負極〕 〔式3〕 M+H2 O+e- → M(H)+OH- 〔式4〕 M+H2 O+e- ← M(H)+OH-
【0006】〔式3〕および〔式4〕中のMは水素吸蔵
合金を示している。充電反応において、負極の水素吸蔵
合金Mは、〔式3〕に示すように、アルカリ水溶液中の
水を電気分解し、水素原子を吸蔵してM(H)で示す状
態になり、水酸基(OH- )を生じ、〔式1〕に示すよ
うに、その水酸基が正極のNi(OH)2 と反応してN
iOOHになり、水を生じる。
【0007】放電反応においては、この逆反応が生じ
る。つまり、水素化物二次電池では、充電は水素吸蔵合
金の水素原子の吸蔵であり、放電は水素吸蔵合金の水素
原子の放出である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記水
素化物二次電池では、充電状態で負極の水素吸蔵合金に
吸蔵された水素原子が、貯蔵中に下記の〔式5〕に示す
ように水素分子となって水素吸蔵合金Mから脱離して、
電解液中に拡散し、電解液を伝って正極にたどりつき、
〔式6〕に示すように正極のNiOOHを還元して、容
量を低下させるなど、自己放電を起こしやすいという問
題がある。
【0009】〔式5〕 MH → M+1/2H2 〔式6〕 NiOOH+1/2H2 → Ni(OH)
2
【0010】また、〔式7〕に示すように、正極から酸
素が発生し、その酸素が電解液を伝って、〔式8〕に示
すように、負極を酸化して容量を低下させる。
【0011】 〔式7〕 2NiOOH+H2 O → 2Ni(OH)
2 +1/2O2 〔式8〕 MH+1/2O2 → M+H2
【0012】このように、水素化物二次電池は自己放電
を起こしやすく、貯蔵特性の悪さの要因になっている。
【0013】本発明は、上記のような従来の水素化物二
次電池における問題点を解決し、自己放電が少なく、貯
蔵特性の優れた水素化物二次電池を提供することを目的
とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、負極の表面に
アニオン性界面活性剤を担持させることにより、負極の
水素吸蔵合金からの水素原子の脱離を抑制し、かつ正極
から発生する酸素により負極が酸化を受けるのを抑制し
て、上記目的を達成したものである。
【0015】すなわち、上記のように、負極の表面にア
ニオン性界面活性剤を担持させておくことによって、ア
ニオン性界面活性剤が負極の水素吸蔵合金の表面に吸着
し、その結果、水素吸蔵合金の表面近傍のアニオン濃度
が電解液中より高められるため、負極の水素吸蔵合金表
面の塩基性が高められ、表面近傍の溶存水素量が減少し
て水素吸蔵合金からの水素原子の脱離が抑制される。そ
の結果、水素分子が正極にたどりついて正極を還元する
のが少なくなり、自己放電が少なくなる。
【0016】また、負極の表面にアニオン性界面活性剤
が存在することによって、負極表面での酸素の拡散速度
が遅くなると共に、負極表面がアニオン性界面活性剤で
保護されるので、正極から発生する酸素により負極が酸
化を受けるのが少なくなり、この面からも自己放電が少
なくする。
【0017】上記アニオン性界面活性剤は、電解液を構
成するアルカリ水溶液に耐えるものであればよく、その
ようなアルカリ水溶液に耐えるアニオン性界面活性剤と
しては、たとえば、フッ素系界面活性剤、カルボン酸系
界面活性剤、スルホン酸系界面活性剤、硫酸系界面活性
剤、リン酸エステル系界面活性剤、亜リン酸系界面活性
剤、チオリン酸系界面活性剤、含ホウ素系界面活性剤、
重合型高分子系界面活性剤、重縮合型高分子系界面活性
剤などが用いられる。
【0018】負極は水素吸蔵合金を活物質とするもので
あるが、この水素吸蔵合金としては、たとえば、実施例
で用いるようなTiZrVNiCr系の水素吸蔵合金を
はじめ、La0.9 Zr0.1 Ni4.5 Al0.5 、TiNi
系、TiNiZr系、(Ti2-X ZrX 4-y Ni)
1-Z CrZ (x=0〜1.5、y=0.6〜3.5、z
≧0.2)系、MmNi5 系などの水素吸蔵合金が挙げ
られる。水素吸蔵合金とは、水素原子を可逆的に吸蔵、
放出できる合金をいい、通常、水素原子を完全に脱蔵
(放出)した状態で合成される。そして、この水素吸蔵
合金を用いた負極では、充電は水素原子の吸蔵であり、
放電は水素原子の放出である。
【0019】この負極は、焼結式(圧着式)、ペースト
式のいずれによって作製したものでもよい。
【0020】焼結式による負極の作製方法とは、たとえ
ば、金網、金属ファイバー、パンチングメタル、エキス
パンドメタルなどの多孔性金属を基体とし、これに、上
記の水素吸蔵合金の粉末を圧着して、加熱処理すること
によって負極を作製する方法であり、ペースト式による
負極の作製方法とは、上記水素吸蔵合金の粉末を結着剤
などと共にペースト状にし、そのペーストを上記多孔性
金属からなる基体に添着し、乾燥後、プレスなどで圧着
することによって負極を作製する方法である。
【0021】上記負極に担持させるアニオン性界面活性
剤は、水素吸蔵合金に対して0.01〜0.1重量%の
範囲が好ましい。
【0022】アニオン性界面活性剤が水素吸蔵合金に対
して0.01重量%より少ない場合は、自己放電を抑制
する効果が少なく、またアニオン性界面活性剤が水素吸
蔵合金に対して0.1重量%より多くなると、電池反応
を阻害し、大電流での放電特性が悪くなる。
【0023】正極は、たとえば、ニッケル焼結体を基体
とし、これにニッケル酸化物またはニッケル水酸化物を
充填する焼結式や、金網、金属ファイバー、パンチング
メタル、エキスパンドメタル、金属発泡体などの多孔性
金属を基体とし、これにニッケル酸化物またはニッケル
水酸化物を添着するペースト式などでシート状の成形体
として作製されるが、本発明の実施にあたっては、たと
えば、焼結式や、ペースト式などで作製した公知のニッ
ケル電極を使用することもできる。
【0024】正極に用いるニッケル酸化物やニッケル水
酸化物としては、たとえば、一酸化ニッケル(Ni
O)、二酸化ニッケル(NiO2 )、水酸化ニッケル
〔Ni(OH)2 〕などが挙げられる。ただし、これら
は正極が放電状態にある場合であり、正極が充電状態に
ある場合には上記ニッケル酸化物やニッケル水酸化物は
別の化合物として存在する。
【0025】電解液はアルカリ水溶液で構成されるが、
このアルカリ水溶液としては、たとえば、水酸化ナトリ
ウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ
金属の水酸化物の水溶液が用いられる。
【0026】
【実施例】つぎに、実施例をあげて本発明をより具体的
に説明する。
【0027】実施例1 Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)、V(バナジウ
ム)、Ni(ニッケル)、Cr(クロム)を所定の組成
比で秤量し、高周波溶解炉によって加熱溶解させ、Ti
17Zr1623Ni37Cr7 の組成を持つ多相系合金を得
た。
【0028】この合金を耐圧容器内に入れ、容器内の圧
力を10-4torrまで真空吸引し、アルゴンを導入し
た。この操作を3回繰り返した後、14kg/cm2
水素ガスを導入し、その状態で24時間保持後、水素ガ
スを排気し、400℃で加熱して水素を完全に脱離する
ことにより、水素吸蔵合金を粒径20〜100μmの微
粉末状で得た。
【0029】得られた水素吸蔵合金粉末をニッケル集電
体(線径0.178mmで14メッシュのニッケル製
網)にロールミルにより圧着し、Ar/H2 ガス比が9
9:1の雰囲気中875℃で15分間加熱処理してシー
ト状の成形体にし、得られたシート状の成形体を30℃
まで冷却した後、100mm×40mmに切断して、負
極とした。
【0030】この負極をアルカリ水溶液(濃度30重量
%の水酸化カリウム水溶液)に80℃で5時間浸漬した
後、アニオン性界面活性剤〔商品名:FC129、住友
スリーエム社製、パーフルオロアルキルカルボン酸のカ
リウム塩〕を水に0.01重量%溶解させた水溶液に8
0℃で5時間浸漬した後、空気中80℃で2時間乾燥し
た。
【0031】乾燥後、負極のアニオン性界面活性剤の担
持量を重量変化より算出したところ、アニオン性界面活
性剤の担持量は負極の水素吸蔵合金に対して0.01重
量%であった。
【0032】正極にはペースト式で作製したニッケル電
極(70mm×40mm)を用い、容量を1000mA
hとした。この正極と前記負極とをポリアミド不織布か
らなるセパレータを介在させて渦巻状に巻回して渦巻状
電極体とし、これを電池ケース内に挿入し、電解液を注
入した後、封口蓋と環状ガスケットを用いた所定の封口
処理を行って単3形の水素化物二次電池を作製した。
【0033】上記電解液は濃度30重量%の水酸化カリ
ウム水溶液に水酸化リチウムを17g/l添加したもの
であり、上記渦巻状電極体の電池ケース内への挿入に先
立って電池ケースの底部に負極絶縁体を配置し、また渦
巻状電極体の挿入後、その上部に正極絶縁体を配置し
た。
【0034】封口蓋は防爆用のベントを組み込んだもの
であり、そのベントの作動圧力は10気圧に設定し、正
極と封口蓋とはリード片によって接続し、負極の最外周
部分を電池ケースの内周面に直接接触させて、電流を取
り出せるようにした。
【0035】実施例2 実施例1と同様のアニオン性界面活性剤を用い、このア
ニオン性界面活性剤の0.05重量%水溶液を調製し、
その中に実施例1と同様に作製したアルカリ処理(アル
カリ水溶液への浸漬処理)後の負極を実施例1と同様の
条件下で浸漬して、負極の水素吸蔵合金に対してアニオ
ン性界面活性剤を0.05重量%担持させ、この負極を
用いた以外は実施例1と同様にして単3形の水素化物二
次電池を作製した。
【0036】実施例3 実施例1と同様のアニオン性界面活性剤を用い、このア
ニオン性界面活性剤の0.07重量%水溶液を調製し、
その中に実施例1と同様に作製したアルカリ処理後の負
極を実施例1と同様の条件下で浸漬し、負極の水素吸蔵
合金に対してアニオン性界面活性剤を0.07重量%担
持させ、この負極を用いた以外は実施例1と同様にして
単3形の水素化物二次電池を作製した。
【0037】実施例4 実施例1と同様のアニオン性界面活性剤を用い、このア
ニオン性界面活性剤の1.0重量%水溶液を調製し、そ
の中に実施例1と同様に作製したアルカリ処理後の負極
を実施例1と同様の条件下で浸漬し、負極の水素吸蔵合
金に対してアニオン性界面活性剤を1.0重量%担持さ
せ、この負極を用いた以外は実施例1と同様にして単3
形の水素化物二次電池を作製した。
【0038】比較例1 負極のアニオン性界面活性剤水溶液への浸漬処理を行わ
なかった以外は、実施例1と同様にして単3形の水素化
物二次電池を作製した。
【0039】上記実施例1〜4の電池および比較例1の
電池を100mAで15時間充電し、200mAで電池
電圧0.9Vまで放電した。これを1サイクルとし、放
電容量が一定になるまでサイクルを繰り返し、放電容量
が一定に達した後、充電し、20℃で貯蔵した。
【0040】所定期間貯蔵後の電池を200mAで電池
電圧が0.9Vになるまで放電し、得られた放電容量を
貯蔵後の放電容量とし、貯蔵前の放電容量に対する容量
保持率を次式により求めた。
【0041】容量保持率(%)=(貯蔵後の放電容量/
貯蔵前の放電容量)×100
【0042】図1に容量保持率と貯蔵日数との関係を示
す。また、図2に20℃で30日間貯蔵後の容量保持率
と負極のアニオン性界面活性剤の担持量(負極の水素吸
蔵合金に対するアニオン性界面活性剤の量)との関係を
示す。
【0043】図1〜2に示すように、本発明の実施例1
〜4の電池は、従来品に相当する比較例1の電池に比べ
て容量保持率が高く、したがって、自己放電が少なく、
貯蔵特性が優れていることがわかる。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、負極
の表面にアニオン性界面活性剤を担持させることによ
り、自己放電が少なく、貯蔵特性の優れた水素化物二次
電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1〜4の電池および比較例1の電池の容
量保持率と貯蔵日数との関係を示す図である。
【図2】20℃で30日間貯蔵後の容量保持率と負極の
アニオン性界面活性剤の担持量との関係を示す図であ
る。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニッケル酸化物またはニッケル水酸化物
    を含む正極と、水素吸蔵合金を含む負極と、アルカリ水
    溶液からなる電解液を有する水素化物二次電池におい
    て、負極の表面にアニオン性界面活性剤を担持させたこ
    とを特徴とする水素化物二次電池。
  2. 【請求項2】 負極がアニオン性界面活性剤を水素吸蔵
    合金に対して0.01〜0.1重量%の範囲で担持して
    いることを特徴とする請求項1記載の水素化物二次電
    池。
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