JPH06163072A - 金属・水素化物二次電池 - Google Patents

金属・水素化物二次電池

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JPH06163072A
JPH06163072A JP4335663A JP33566392A JPH06163072A JP H06163072 A JPH06163072 A JP H06163072A JP 4335663 A JP4335663 A JP 4335663A JP 33566392 A JP33566392 A JP 33566392A JP H06163072 A JPH06163072 A JP H06163072A
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JP
Japan
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hydrogen storage
alloy powder
storage alloy
battery
plating
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Application number
JP4335663A
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English (en)
Inventor
Mikiaki Tadokoro
幹朗 田所
Mamoru Kimoto
衛 木本
Koji Nishio
晃治 西尾
Toshihiko Saito
俊彦 斎藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/383Hydrogen absorbing alloys
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】表面にコバルトめっき層が形成された水素吸蔵
合金粉末が負極に使用されてなる金属・水素化物二次電
池であって、前記コバルトめっき層は、中性浴を使用し
た無電解めっきにより得られたものである。 【効果】サイクル寿命が長く、また過充電時に電池内圧
が上昇しにくい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属・水素化物二次電
池に係わり、特に、サイクル寿命の向上、及び、過充電
時における電池内圧の上昇の抑制を目的とした、水素吸
蔵合金電極の改良に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
正極に水酸化ニッケルなどの金属化合物を使用し、負極
に新素材の水素吸蔵合金を使用した金属・水素化物二次
電池が、単位重量及び単位体積当たりのエネルギー密度
が高く、高容量化が可能であることから、ニッケル・カ
ドミウム二次電池に代わる次世代のアルカリ蓄電池とし
て脚光を浴びつつある。
【0003】従来、この種のアルカリ蓄電池の負極に使
用される水素吸蔵合金電極は、水素吸蔵合金粉末を結着
剤にて一体化することにより作製されている。
【0004】しかしながら、従来の金属・水素化物二次
電池には、次の如き問題が指摘されていた。
【0005】(1)金属・水素化物二次電池は、過充電
時に正極から発生した酸素を、水素吸蔵合金内に吸蔵さ
れた水素と反応させたり(下式)、アルカリ電解液中
の水と電気化学的に反応させたりして(下式)消費
し、電池内圧が極端に上昇しないように設計されている
が、未だ水素吸蔵合金の酸素ガス吸収能(酸素ガス還元
能)は充分とは言い難く、そのため電池内圧が異常に上
昇する虞れがあり、信頼性(安全性)が低い。 1/2O2 +H2 ⇒H2 O … 1/2O2 +H2 O+2e- ⇒2OH-
【0006】(2)水素吸蔵合金粉末、特に希土類元素
を合金成分として含む水素吸蔵合金粉末は、周囲に存在
する酸素ガスにより次第に酸化されて劣化(失活)し易
いため(下式)、電池のサイクル寿命が短い。 M+1/2O2 ⇒MO(M:水素吸蔵合金) …
【0007】このため、水素吸蔵合金粉末の酸素ガス吸
収能を高めて上式の反応を促進する触媒として、また
上式及びの酸素ガス消費反応を促進し、もって上式
の反応が起こらないようにする劣化防止剤(酸化防止
剤)として、Co(コバルト)粉末を水素吸蔵合金粉末
に粉体混合することが行われている。
【0008】しかしながら、この粉体混合法による従来
のCo含有水素吸蔵合金電極においては、水素吸蔵合金
粉末とCo粉末とは、結着剤を介して単に粉体接触して
いるに過ぎないため、上記した効果を充分に上げること
は困難であることが分かった。
【0009】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは、サイクル寿命が長
く、しかも過充電時に電池内圧が上昇しにくい信頼性の
高い金属・水素化物二次電池を提供するにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る金属・水素化物二次電池(以下、「本発
明電池」と称する。)は、表面にコバルトめっき層が形
成された水素吸蔵合金粉末が負極に使用されてなる金属
・水素化物二次電池であって、前記コバルトめっき層
は、中性浴を使用した無電解めっきにより得られたもの
であることを特徴とする。
【0011】本発明電池において、めっき法により作製
したCo含有水素吸蔵合金粉末を負極材料として使用す
ることとしたのは、従来の粉体混合法によるCo含有水
素吸蔵合金粉末に比し、Coを水素吸蔵合金に確実に保
持させることができ、これによりCoが有する上述した
触媒及び劣化防止剤としての機能を充分に発現させるこ
とが可能となるからである。
【0012】ここで、電気めっきによらず無電解めっき
(化学めっき)によることとしたのは、電気めっきは水
素吸蔵合金粉末の如き粉体のめっき法としては不向きだ
からである。
【0013】また、中性浴によることとしたのは、酸性
浴ではめっきが困難であり、またアルカリ浴では、水素
吸蔵合金が酸化されて失活してしまうからである。好適
なpH領域は、後述する実施例に示すように、7〜9の
範囲である。なお、このpH領域のめっき浴では平滑で
レベリング性の高いめっき膜は得られにくい。平滑なめ
っき膜を得るためには、高pHのアルカリ浴を使用する
必要があるが、本発明におけるCoめっきは、装飾など
を目的とするものではなく、確実に水素吸蔵合金粉末に
Coを保持させることを目的として行われるものである
ので、めっき膜のミクロ的な平滑性は問題とされない。
【0014】なお、Coめっき層中のCoが酸素ガス吸
収に伴い酸化されて生成したCo(OH)2 は水素吸蔵
合金電極が還元電位になる充電時に還元されて元のCo
に戻るので、充放電に伴い繰り返し触媒機能及び劣化防
止機能を発揮することができる。Niめっきを施した場
合は、Ni(OH)2 は充電時に還元されないため、元
のNiに戻ることはない。本発明においてNiめっきで
はなくCoめっきによることとした理由がここにある。
【0015】本発明電池の負極は、たとえば上述したコ
バルトめっき層を表面に有する水素吸蔵合金粉末を、結
着剤(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)など)
及び導電剤(カルボニルニッケルなど)と混練してペー
ストとした後、所定の形状に圧延することにより作製さ
れる。
【0016】本発明における水素吸蔵合金粉末として
は、たとえばLaNi5 、LaNi3Co2 、これらの
Laの一部を他の金属で一部置換したMmNi5 、Mm
Ni3Co2 (Mm:ミッシュメタル、希土類金属の混
合物)等の希土類系水素吸蔵合金粉末;Ti2 Ni、T
iNi2 、これらのNiの一部をCo、Mn、Alなど
で置換したもの等のTi−Ni系水素吸蔵合金粉末;T
i−Mn系水素吸蔵合金粉末;Ti−Fe系水素吸蔵合
金粉末;Mg−Ni系水素吸蔵合金粉末;Ti−Zr系
水素吸蔵合金粉末;Zr−Mn系水素吸蔵合金粉末が挙
げられるが、特に制限されない。
【0017】上述したように、本発明は、表面にコバル
トめっき層が形成された水素吸蔵合金を負極に使用した
点に特徴を有する。それゆえ、本発明電池における正
極、セパレータ、電解液など、電池を構成する他の部材
については、従来、金属・水素化物二次電池用として実
用され、或いは提案されている種々の材料を制限なく使
用することが可能である。
【0018】たとえば、本発明をニッケル・水素化物二
次電池に適用する場合は、ニッケル・カドミウム二次電
池において使用されている正極、セパレータ、電解液と
それぞれ同じ材料を使用することができる。
【0019】すなわち、正極としては焼結式ニッケル極
をセパレータとしてはポリプロピレン不織布を、またア
ルカリ電解液としては水酸化カリウム水溶液などを好適
に使用することができるが、特に制限はされない。
【0020】
【作用】本発明電池においては、表面に無電解Coめっ
き層が形成された水素吸蔵合金粉末が負極に使用されて
いるので、Coの触媒作用により過充電時に正極で発生
する酸素ガスの水素吸蔵合金粉末による吸収が速やかに
行われる。このため、電池内圧が上昇しにくい。
【0021】また、Coは水素吸蔵合金粉末の劣化防止
剤としも機能するので水素吸蔵合金粉末の酸化劣化が起
こりにくくなる。
【0022】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例により何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施することが可能なものである。
【0023】(製造例1〜5) (水素吸蔵合金電極の作製)水素吸蔵合金粉末(MmN
3.2 Co1.0 Al0.6 Mn0.5 )に下記の浴組成のp
Hのみが異なる5種類のめっき浴(pH7、8、9、1
0、11)を用いて無電解Coめっきを施した。
【0024】
【0025】次いで、このようにして得た表面にCoめ
っき層を有する水素吸蔵合金粉末1重量部に対して、結
着剤としてのポリテトラフルオロエチレン0.05重量
部を混合し、圧延して合金ペーストを得た。
【0026】この合金ペーストの所定量をニッケル製の
パンチングメタルからなる負極集電体の両面に塗布し、
乾燥して水素吸蔵合金電極を作製した。
【0027】(ニッケル・水素化物二次電池の作製)上
記の各水素吸蔵合金電極を負極に使用して円筒密閉型
(単3型)のニッケル・水素化物二次電池A〜Eを作製
した(公称容量:1000mAh)。なお、正極として
焼結式ニッケル極を、セパレータとしてポリアミド不織
布を、アルカリ電解液として30%水酸化カリウム溶液
を、それぞれ使用した。
【0028】図1は、作製した電池Aの断面図であり
(他の電池B〜Eも同様)、図示の電池Aは、正極1及
び負極(水素吸蔵合金電極)2、これら両電極を離間す
るセパレータ3、正極リード4、負極リード5、正極外
部端子6、アルカリ電解液が注液された負極缶7などか
らなる。
【0029】正極1及び負極2はセパレータ3を介して
渦巻き状に巻き取られた状態で負極缶7内に収容されて
おり、正極1は正極リード4を介して正極外部端子6
に、また負極2は負極リード5を介して負極缶7に接続
され、電池A内部で生じた化学エネルギーを電気エネル
ギーとして外部へ取り出し得るようになっている。
【0030】なお、正極外部端子6と封口体8との間に
は、コイルスプリング9が設けられて、電池の内圧が異
常上昇したときに圧縮されて電池内のガスを大気中に放
出し得るようになっている。
【0031】(製造例6)無電解Coめっきを施さず、
水素吸蔵合金粉末(MmNi3.2 Co1.0 Al0.6 Mn
0.5 )をそのまま負極材料として使用したこと以外は製
造例1〜5と同様にして、電池Xを作製した。
【0032】(製造例7)無電解Coめっきに代えて、
下記の浴組成のNiめっき浴(浴のpH:8.5)を使
用して無電解Niめっきを施した水素吸蔵合金粉末(M
mNi3.2 Co1.0 Al0.6 Mn0.5 )を負極材料とし
て使用したこと以外は製造例1〜5と同様にして、電池
Yを作製した。
【0033】
【0034】(製造例8)無電解Coめっきに代えて、
水素吸蔵合金粉末100重量部にCo粉末10重量部を
粉体混合したこと以外は、製造例1〜5と同様にして、
電池Zを作製した。
【0035】(各電池のサイクル寿命)電池A〜Zにつ
いてサイクル試験を行い、各電池のサイクル寿命を調べ
た。サイクル試験は、次のようにして行った。すなわ
ち、先ず各電池を0.1Cで15時間充電した後、0.
1Cで電池電圧が1Vになるまで放電する工程を5サイ
クル繰り返して化成処理した。次いで、1Cで1.2時
間充電した後、1Cで電池電圧が1Vになるまで放電す
る工程を繰り返し行った。サイクル寿命は、放電容量が
1Cでの初期容量の60%になるまでのサイクル数
(回)で評価した。結果を表1のサイクル寿命の欄に示
す。
【0036】
【表1】
【0037】表1より、無電解Coめっき層を表面に有
する水素吸蔵合金粉末を負極に使用した電池A〜Eは、
従来電池すなわち、水素吸蔵合金粉末をそのまま使用し
た電池X、無電解Niめっき層を表面に有する水素吸蔵
合金粉末を使用した電池Y、及び、Co粉末と水素吸蔵
合金粉末とを粉体混合した電池Zに比し、サイクル寿命
が長いことが分かる。
【0038】また、表1より、中性浴により無電解Co
めっきを行った電池A〜Cは、pHの高いめっき浴によ
り無電解Coめっきを行った電池D及びEに比し、サイ
クル寿命が長いことが分かる。
【0039】(各電池の過充電時の内圧上昇)電池A〜
Zの過充電時の電池内圧を測定した。内圧測定は、各電
池缶の底板部に小孔をあけた後、各電池を内圧ゲージを
取りつけた密閉容器内に収容し、1Cで120%充電
(過充電)したときのそれぞれの電池内圧を圧力ゲージ
より読み取って行った。結果を先の表1の電池内圧の欄
に示す。
【0040】表1より、中性浴により無電解Coめっき
を行った本発明電池A〜Cは、高pHのめっき浴により
無電解Coめっきを行った比較電池D,E及び従来電池
X,Y,Zに比し、電池内圧が極めて上昇しにくいこと
が分かる。
【0041】さらに、表1中の本発明電池A〜C同士の
比較から、サイクル寿命が長く、電池内圧の上昇が少な
い電池を得るためには、pHが7に近い中性浴を使用す
ることが好ましいことが分かる。
【0042】
【発明の効果】本発明電池は、サイクル寿命が長く、ま
た過充電時に電池内圧が上昇しにくいなど、本発明は優
れた特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で作製したニッケル・水素化物二次電池
の断面図である。
【符号の説明】
A 電池(金属・水素化物二次電池) 1 正極(焼結式ニッケル極) 2 負極(水素吸蔵合金電極) 3 セパレータ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年1月20日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】また、Coは水素吸蔵合金粉末の劣化防止
としても機能するので水素吸蔵合金粉末の酸化劣化が
起こりにくくなる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】(製造例1〜5) (水素吸蔵合金電極の作製)水素吸蔵合金粉末(MmN
3.2Co1.0Al0.6Mn 0.2 )に下記の浴
組成のpHのみが異なる5種類のめっき浴(pH7、
8、9、10、11)を用いて無電解Coめっきを施し
た。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0031
【補正方法】変更
【補正内容】
【0031】無電解Coめっきを施さず、水素吸蔵合金
粉末(MmNi3.2Co1.0Al0.6
0.2 )をそのまま負極材料として使用したこと以外
は製造例1〜5と同様にして、電池Xを作製した。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0032
【補正方法】変更
【補正内容】
【0032】無電解Coめっきに代えて、下記の浴組成
のNiめっき浴(浴のpH:8.5)を使用して無電解
Niめっきを施した水素吸蔵合金粉末(MmNi3.2
Co1.0Al0.6Mn 0.2 )を負極材料として使
用したこと以外は製造例1〜5と同様にして、電池Yを
作製した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 俊彦 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面にコバルトめっき層が形成された水素
    吸蔵合金粉末が負極に使用されてなる金属・水素化物二
    次電池であって、前記コバルトめっき層は、中性浴を使
    用した無電解めっきにより得られたものであることを特
    徴とする金属・水素化物二次電池。
  2. 【請求項2】前記中性浴のpHが7〜9である請求項1
    記載の金属・水素化物二次電池。
JP4335663A 1992-11-19 1992-11-19 金属・水素化物二次電池 Pending JPH06163072A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0725983A4 (en) * 1993-10-08 1999-11-10 Electro Energy Inc Bipolar electrochemical battery made from stacked plate cells
US6171727B1 (en) 1998-02-16 2001-01-09 Canon Kabushiki Kaisha Alkaline secondary battery and method of manufacturing the same
US6503658B1 (en) 2001-07-11 2003-01-07 Electro Energy, Inc. Bipolar electrochemical battery of stacked wafer cells

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