JPH0536437A - アルカリ蓄電池の初期充放電の方法 - Google Patents

アルカリ蓄電池の初期充放電の方法

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JPH0536437A
JPH0536437A JP3212949A JP21294991A JPH0536437A JP H0536437 A JPH0536437 A JP H0536437A JP 3212949 A JP3212949 A JP 3212949A JP 21294991 A JP21294991 A JP 21294991A JP H0536437 A JPH0536437 A JP H0536437A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 正極に添加された金属コバルトが有効に利用
されるようにして電気化学的に高性能な正極板を得る。 【構成】 正極に金属コバルトを含むアルカリ蓄電池に
おいて、電池組立後の初充電前、または正極の単極電位
が、コバルトが3価以上に酸化される電位を越えて他の
物質の酸化電位を経験しない状態において、その正極の
環境下における正極の単極電位を金属コバルトとコバル
ト酸化物の平衡電位よりも卑な電位とするアルカリ蓄電
池の初期充放電の方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、正極に金属コバルトを
含むアルカリ蓄電池に関するものであり、特にニッケル
カドミウム、ニッケル水素、ニッケル亜鉛蓄電池等の正
極に、金属コバルトを導電剤等の目的のために添加した
場合に使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】従来よりアルカリ蓄電池の正極にコバル
トを活物質、導電剤およびその他の目的で添加すること
が提案されている。例えば、ニッケルカドミウム、ニッ
ケル水素、ニッケル亜鉛蓄電池等に用いられる水酸化ニ
ッケル電極に対してコバルトの添加は様々な方法でなさ
れ、様々な効果を得ている。そして、この効果は通常コ
バルトが2価、または3価等の酸化された状態でそれぞ
れの効果を得ている。
【0003】ところで、コバルトを含む正極の中には、
添加されたコバルトが電池(セル)組立後の初充電を受
ける前に金属コバルトの形で正極中に存在するものがあ
る。
【0004】コバルトは主にコバルトの2価または3価
等の酸化物として添加効果を得るために存在するもので
あるが、我々の調査の結果この金属コバルトは表面を不
活性なコバルト酸化物で覆われている場合が多く、電池
(セル)組立後に充電(正極の電気化学的酸化)を行っ
ても不活性なコバルト酸化物に覆われた金属コバルトを
効率よく酸化させることは困難であることが判った。こ
のことは、コバルトの2価または3価等の酸化物の利用
を考えた場合、コバルトの添加効果が少ないことを意味
している。
【0005】また、我々は調査の結果、この不活性なコ
バルト酸化物に覆われた金属コバルトが、電池(セル)
の充放電を繰り返すことによってほぼ全てがコバルト酸
化物になることを見い出した。このことは、コバルト酸
化物の全量としては充放電を繰り返した後に最終的に同
等となることを示すが、同時に、電池(セル)の充放電
を繰り返す間に正負極の全酸化および全還元量が変化す
ることをも意味する。
【0006】つまり、正極は金属コバルトが充放電を繰
り返す間に酸化されることによって正極の全酸化量が増
加し、これにともない負極は正極の全酸化量が増加した
だけ全還元量が増すことになる。このことにより、電池
(セル)を設計する場合に、この酸化還元量の変化を考
慮した設計としなければならず、効率の良い設計が困難
となる。
【0007】以上の理由から金属コバルトは、電池(セ
ル)組立後に可能な限りその全量が早期に酸化を受ける
必要がある。現在この目的を達成するための手段として
いくつかの方法が提案されている。その一つとして、金
属コバルトの表面に存在する不活性なコバルト酸化物を
除去する方法がある。
【0008】つまり、正極の単極電位をコバルト酸化物
と金属コバルトの平衡電位以下の卑な電位とすることに
より、不活性なコバルト酸化物を一旦金属コバルトに変
化させた後、再び電気化学的酸化を行う方法である。
【0009】一例を示せば、特開平2−244562号
公報等があげられる。しかし、この例においては電池
(セル)組立後、まず充電(正極の酸化)を行った後
(ただし、この時の充電とはコバルト以外の物質の酸化
を意味し、この例の中では水酸化ニッケルの酸化を意味
する。)、上述したように正極の単極電位をコバルト酸
化物と金属コバルトの平衡電位以下(卑な電位)として
いる。
【0010】我々の調査では、水酸化ニッケルを活物質
とする水酸化ニッケル極は一度酸化してその一部をオキ
シ水酸化ニッケルとすると、電気化学的還元を行っても
水酸化ニッケルよりも酸化数の高いニッケル酸化物が残
留することが判っている。また、この時の正極の単極電
位は水酸化ニッケルとこれよりも酸化数の高いニッケル
酸化物との平衡電位となり、この電位は金属コバルトと
コバルト酸化物の平衡電位より高い(貴な電位)とな
る。
【0011】このように、正極の単極電位が金属コバル
トとコバルト酸化物の平衡電位より高い(貴な電位)状
態であるということは、正極内で金属コバルトを電気化
学的酸化させる能力を持つ物質が存在するということで
ある。ところで、他の一例として特公平2−32750
号公報の例に見るようにコバルトの電気化学的酸化はそ
の電気容量に対して低い電流率で行うことが望ましい。
ところが、上記のように同一極板内にコバルトを酸化す
る能力のあるものが存在すると、その電気化学的酸化の
速度を制御することが出来ず高い電流率で酸化が進行す
ることになる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述した通り、正極に
存在する金属コバルトを添加効率よく有効に利用するこ
とにより、少量の金属コバルトの添加でより電気化学的
に高性能な正極板を得るとともに、電池(セル)の設計
をも効率よく行えることを目的とする。そして、これら
の結果として、より安価で高性能のアルカリ蓄電池の製
造方法の提供を目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】正極に金属コバルトを含
むアルカリ蓄電池において、電池(セル)組立後の初充
電前(正極酸化前)、または正極の単極電位がコバルト
が3価以上に酸化される電位を越えて他の物質の酸化電
位を経験しない状態において、その正極の環境下におけ
る正極の単極電位を金属コバルトとコバルト酸化物の平
衡電位以下の電位(卑な電位)とすることを特徴とす
る。また、電池(セル)組立前においても上述した他の
物質の酸化電位を経験しないことが望ましい。
【0014】
【実施例】本発明の一実施例として、正極に発泡状ニッ
ケル基体を使用したペ−スト式水酸化ニッケル極、負極
に焼結式ニッケル基体を用いた焼結式カドミウム極を用
いたニッケルカドミウム電池での例を取り上げる。
【0015】正極は発泡状ニッケル基体に水酸化ニッケ
ル粉末、金属コバルト粉末およびニッケル粉末をメチル
セルロ−スの水溶液でペ−スト状にしたものを充填、乾
燥、プレスして得たものを使用した。また、負極は焼結
式ニッケル基体に化学含浸法により水酸化カドミウムを
充填した後に電気化学的に全カドミウム量に対して約3
0%の金属カドミウムをもたせたものを使用した。
【0016】このようにして製造した極板を使用し、ポ
リアミドの不織布をセパレ−タとしてプレ−ト型の酸素
ガス負極吸収式の密閉型電池を試作した。この電池の正
極理論容量は約800mAh、負極理論容量は1500
mAhであった。
【0017】このようにして試作した電池を以下のよう
な初期充放電条件で充放電を行った。また、温度条件は
全て23℃で行った。尚、本発明の方法は以下の条件の
中で正極と負極を電気抵抗を介して短絡する事によって
行った。これは特許請求の範囲の第3項を実施したもの
である。 A.放置:正極と負極を電気抵抗を介して短絡させて5
0時間放置 充電:金属コバルトの理論容量(コバルトの酸化数が0
価から3価までの反応)の0.1CmAで20時間、さ
らに、正極理論容量(水酸化ニッケルの酸化数が2価か
ら3価までの反応)の0.1CmAで16時間 放電:正極理論容量の0.2CmAで端子電圧が1Vま
で B.放置:正極と負極を開回路状態で50時間放置 充電:金属コバルトの理論容量の0.1CmAで20時
間、さらに、正極理論容量の0.1CmAで16時間 放電:正極理論容量の0.2CmAで端子電圧が1Vま
で 放置:正極と負極を電気抵抗を介して短絡させて50時
間放置 C.放置:正極と負極を開回路状態で50時間放置 充電:金属コバルトの理論容量の0.1CmAで20時
間、さらに、正極理論容量の0.1CmAで16時間 放電:正極理論容量の0.2CmAで端子電圧が1Vま
でA、B、Cの初期充放電を行った電池に対してさらに
以下の充放電を行った。
【0018】充電:160mAで8時間 放電:160mAで端子電圧が1.0Vまで。
【0019】この後に電池を解体し、化学分析により金
属コバルトの残存量を調査した。この結果、残存金属コ
バルトの全コバルトに対する比率は、Aのものが1%以
下、Bのものが約13%、Cのものが約29%となっ
た。また、充放電を全く行わなかったものは約92%で
あった。さらに、160mAで放電した時の各電池の放
電容量(端子電圧が1.0Vまで)を計算すると、Aの
ものが768mAh、Bのものが740mAh、Cのも
のが701mAhであった。
【0020】また、他の方法として以下の充放電条件で
行った。ただし、電池の端子電池が1.0V以下では、
正極の水酸化ニッケルは酸化されないことは予め調査し
た。 D.放置:正極と負極を開回路状態で50時間放置 充電:金属コバルトの理論容量の0.1CmAで端子電
圧が1.0Vまで 放電:正極理論容量の0.2CmAで端子電圧が0Vま
で 放置:正極と負極を電気抵抗を介して短絡させて50時
間放置 充電:金属コバルトの理論容量の0.1CmAで20時
間、さらに、正極理論容量の0.1CmAで16時間 放電:正極理論容量の0.2CmAで端子電圧が1Vま
で さらにこの後、AからBの場合と同一条件で160mA
の充放電を行った。この時の金属コバルトの残存量は1
%以下、放電容量は771mAhとAのものと同等であ
った。
【0021】尚、上記の実施例においてはニッケルカド
ミウム電池で行ったが、Dの方法をニッケル亜鉛および
ニッケル水素電池に対して行った結果同様の効果を得る
ことが出来ることを確認している。
【0022】
【発明の効果】上述した実施例の通り、本発明の方法に
よる初期充放電の方法を用いると、正極に存在する金属
コバルトを効率よく酸化することが出来る。このこと
は、コバルト添加による正極板の高性能化を少量の金属
コバルトで可能にすることから、更なる正極板の高性能
化およびコストダウンがはかれることを意味している。
また、電池を設計する場合に、電池の使用初期と充放電
を繰り返した後との間で電極の総酸化還元量が金属コバ
ルトの酸化によって変化しないことは効率の良い設計が
可能であることを意味する。これらの利点は、より良い
アルカリ蓄電池を製造する上で工業的価値きわめて大で
ある。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極に金属コバルトを含むアルカリ蓄電
    池において、電池組立後の初充電前、または正極の単極
    電位がコバルトが3価以上に酸化される電位を越えて他
    の物質の酸化電位を経験しない状態において、その正極
    の環境下における正極の単極電位を金属コバルトとコバ
    ルト酸化物の平衡電位よりも卑な電位とすることを特徴
    とするアルカリ蓄電池の初期充放電の方法。
  2. 【請求項2】 特許請求の範囲の第1項における正極の
    単極電位範囲が、その電池の負極の単極電位によって満
    たされる場合に、負極の単極電位を利用して行うことを
    特徴とする特許請求の範囲の第1項に示したアルカリ蓄
    電池の初期充放電の方法。
  3. 【請求項3】 特許請求の範囲の第2項における負極の
    単極電位の利用方法が、正極と負極をコンデンサまたは
    電気抵抗を介した回路を用いることを特徴とする特許請
    求の範囲の第1項に示したアルカリ蓄電池の初期充放電
    の方法。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000014820A1 (en) * 1998-09-04 2000-03-16 Moltech Power Systems, Inc. A METHOD OF FORMING CoOOH and NiOOH IN A NiMH ELECTROCHEMICAL CELL AND AN ELECTROCHEMICAL CELL FORMED THEREBY

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