JPH0696795A

JPH0696795A - 密閉形ニッケル亜鉛電池

Info

Publication number: JPH0696795A
Application number: JP3359627A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Onda; 敏之温田; Kenkichi Fujii; 健吉藤井; Kazuya Okabe; 一弥岡部
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1991-12-28
Filing date: 1991-12-28
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】亜鉛のデンドライトショートを抑え、充放電
サイクル寿命の優れた密閉形ニッケル亜鉛電池を提供す
る。【構成】極群の極板面が電槽底面と対向するように配
置した密閉形ニッケル亜鉛電池において、電解液の体積
が前記極群の全空間容積の９８％を超え１１０％以下で
あることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、据置用や電気自動車用
あるいはソーラーカーなど比較的大容量のニッケル−亜
鉛電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のごとく電気自動車をはじめポータ
ブル機器に至るまで電池の高エネルギー密度化あるいは
高性能化に対する要求はたいへん大きなものがある。そ
の中で亜鉛を負極活物質とした電池は単位重量当りのエ
ネルギー密度が大きくしかも安価であると言った利点を
有する。一方、この亜鉛極を蓄電池の負極として動作さ
せる場合、亜鉛活物質が放電過程あるいは充電過程にお
いて溶解析出していわゆるシェイプチェンジやデンドラ
イトショートと言った問題を引き起こす。

【０００３】充電過程では、亜鉛酸イオンから析出され
る亜鉛金属結晶は特に水素ガス発生を伴った場合、水素
の触媒作用によってデンドライト結晶になり易く、電池
のショートを引き起こす。そのため従来より充電末期に
なっても負極から水素発生させぬよう負極の容量を正極
の容量より増加させ、電池を充電して充電末期の状態に
おいても正極から酸素ガスを優先させて発生するように
して、充電過程全てにおいて負極からは水の電気化学的
分解による水素ガス発生を起こらないようにし、デンド
ライト状の析出が発生しないように工夫されている。ま
た、上述の電池を充放電を行い２次電池としてサイクル
使用した場合において正極から発生した酸素が電池の系
外に漏れてしまうと正極と負極の容量バランスが崩れて
しまい、いずれ負極からの水素発生を生じ、亜鉛のデン
ドライト析出により電池寿命となる。したがってサイク
ル使用中の正極と負極の容量バランスを保つために、電
池の電解液量を制限し、充電末期に発生した酸素ガスを
負極で吸収リサイクルさせる密閉形ニッケル亜鉛電池が
ある。

【０００４】また、用途として特に据置用、電気自動車
用等は、電池容量がポータブル用に比べて大きく、極板
高さが高くなり、それに応じて電解液の保液性も悪くな
る傾向にある。電解液を充分保持できない場合は、亜鉛
極板があふれた電解液で覆われ酸素ガス吸収に有効な面
積を維持できなくなり、酸素ガス吸収能力は不十分とな
り、デンドライトショートを引き起こす。そのため特に
電池の容量が大きくなるに従い、加える電解液量を少な
くせねばならない。

【０００５】さらに、前述の如く電池の電解液量を制限
し密閉化した場合、亜鉛デンドライトショートを防止す
ることには有効であるが、亜鉛のシェイプチェンジを招
く。従ってこの様な場合、密閉形ニッケル亜鉛電池の寿
命原因は、ショートではなくシェイプチェンジによるも
のとなる。また、このシェイプチェンジは、電池の電解
液量と深く関係があり、酸素ガス吸収効率を向上させる
ために電解液量を少なくする程その容量低下は加速さ
れ、電池の寿命は短くなる。即ちシェイプチェンジだけ
に限れば、電解液量は多いほど良いことになるが、前述
したように、特に電解液量が多いときは、極群に保持さ
れない電解液が遊離の状態で存在し、その遊離状態の電
解液は電解液保持材やセパレータまたは亜鉛極の表面に
溢れ、表面を覆ってしまい結果的に酸素ガスの透過性を
妨げ、電池の酸素ガス吸収能力が低下しデンドライトシ
ョートを招くことは前述したとおりであるから、従来標
準的な密閉形ニッケル亜鉛電池の電解液量はこれら２つ
の要素を適切な範囲とするために極群の全空隙の８０〜
９５％多くても９８％以下に設定してある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたよ
うに、密閉形ニッケル亜鉛電池は、電解液量が制限され
ていたため、寿命が短くなるという問題点を有してい
た。特に大形電池は、極板寸法が大きく極群の高さも高
くなり電解液の保液性が悪くなるため電解液量を少なめ
に設定せねばならず、それ以上の電解液量の増加による
寿命向上は図れないという問題点があった。本発明は上
記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とす
るところは、亜鉛のデンドライトショートを抑え、充放
電サイクル寿命の優れた密閉形ニッケル亜鉛電池を提供
することにある。

【０００７】

【作用】極群の極板面が電槽底面と対向する様に極群
を配する事により、同一構成からなる極群をその極群の
極板面が電槽底面と対向しないように配したものと比べ
て電解液の保液性が向上し、遊離な電解液の存在が抑え
られ、適度に濡れたガス吸収できる亜鉛極部分が確保で
きる構造をとれる。しかも、極群の極板面が電槽底面と
対向した電池は、電解液量を極群の全空間容積の９８％
を超え１１０％以下まで増加させた場合でも、充分なガ
ス吸収能力を維持でき、電池のショートを発生させるこ
とがない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以下に本発明の詳細につ
き実施例を説明し、比較例と対比しながら述べる。予め
酸化亜鉛及び金属亜鉛を混合し、さらにカレンダーロー
ル法によりシート状の亜鉛活物質層を作製し、そのシー
トを厚み０．１ｍｍで開孔率約５０％の銅パンチングメ
タル集電体の両サイドに加圧成形し縦１５ｃｍ×横１５
ｃｍ×厚み１ｍｍの亜鉛電極を得た。また、活物質はペ
ースティング法により塗布してもかまわない。こうして
得られた亜鉛極３枚と同寸法の焼結式ニッケル極２枚と
を微孔性フィルムとセロファン膜と共に積重ねて電池容
量が２０ＡＨの極群を作製した。その極群の極板面が電
槽底面に対し対向するようにあらかじめ設計された電槽
に挿入し、電解液の入っていない注液前電池Ｘを用意し
た。なお、ここで極板面と電槽底面が対向するとは、極
板面の交差角度（小さい方の角度）が、０°以上４５°
以下であることを言う。また同じ極群を従来と同様電槽
底面とは対向しないように設計された電槽に挿入し、注
液前電池Ｙを用意した。この様に試作された電池Ｘの縦
断面図を図１に示し、電池Ｙの横断面図を図２に示し
た。

【０００９】該作製した注液前電池Ｘに、正極２、負極
１、セパレータ４、保液層３からなる極群８の全空隙の
９０％、９８％、１０５％、１１０％、１２０％の電解
液を加え、それぞれ電池Ａ、電池Ｂ、電池Ｃ、電池Ｄ、
電池Ｅを試作した。さらに、同様に注液前電池２の全空
隙の９０％、９８％、１０５％、１１０％１２０％の電
解液を加え、それぞれ従来型電池ａ、電池ｂ、電池ｃ、
電池ｄ、電池ｅを試作した。尚、、図１、図２において
５は電槽、６は電解液貯蔵層、７は電解液貯蔵層６に溜
まった電解液を極群へ供給する供給層である。

【００１０】次に、これらの電池について充放電サイク
ル試験を行った。試験条件として２Ａで１１時間充電を
行い、４Ａで１．２Ｖまで放電することを繰り返し行っ
た。その結果を３図に示す。また、電池の酸素ガス吸収
効率が安定した５０サイクル目のガス吸収効率を下表に
示す。

【００１１】なお、種類Ｘ¹とは、極群８の極板面が電槽５底面に対
向する様に配した電池であり、種類Ｙ¹とは、極群８の
極板面が電槽５底面に対向しない様に配した電池であ
る。

【００１２】図３より、電池Ｘ¹と電池Ｙ¹のいずれの
場合においても、極群８の全空間に占める電解液体積の
割合（以下、電解液量という）が９０％の時に、大きな
差は見られない。一方、電解液量がほゞ９８％〜１１０
％までの間は、電池Ｘ¹は電解液量の増加に従い、電池
寿命が向上し、電池Ｙ¹との寿命の差が大きくなってい
ることが分かる。しかし、電池Ｘ¹の電解液量が１２０
％の場合、サイクル試験中急激な容量低下が起こってい
る。これは、電池Ｅを解体調査して亜鉛のデンドライト
ショートであることが分かった。尚、電池Ａ，Ｂ，Ｃの
寿命原因は、シェイプチェンジによるものであった。ま
た、電池ａ，ｂは、デンドライトショートは見られなか
ったが、電池ｃ，ｄ，ｅ，Ｅは、すべてデンドライトシ
ョートによる寿命となっていることが分かった。また、
表から、電池Ｘ¹は、電池Ｙ¹に比べ、同じ電解液量で
は、酸素ガス吸収が優れていることが分かる。

【００１３】このように、電池Ｘ¹は同一電解液量の電
池Ｙ¹に比べ、酸素ガス吸収効率が上昇し、電解液量を
多く保持させることが出来、デンドライトの成長を抑制
して寿命を向上させることができる。また、電池Ｘ¹に
おいて従来用いられていた電解液量が９８％以下の電池
Ａ，Ｂより本発明電池Ｃ，Ｄの方が電池寿命が優れる。

【００１４】

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので充放電サイクル寿命が優れた密閉形ニッケル亜鉛電
池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図である。

【図２】従来の密閉形ニッケル亜鉛電池を示す横断面図
である。

【符号の説明】

１負極板２正極板５電槽８極群

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年４月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】追加

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】密閉形ニッケル亜鉛電池

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００６】

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明は、極群の極板面が電槽底面と対向するよう
に配置した密閉形ッケル亜鉛電池において、電解液の体
積が前記極群の全空間容積の９８％を超え１１０％以下
であることを特徴とする。

【０００８】

【０００９】

【実施例】以下に本発明の詳細につき実施例を説明し、
比較例と対比しながら述べる。予め酸化亜鉛及び金属亜
鉛を混合し、さらにカレンダーロール法によりシート状
の亜鉛活物質層を作製し、そのシートを厚み０．１ｍｍ
で開孔率約５０％の銅パンチングメタル集電体の両サイ
ドに加圧成形し縦１５ｃｍ×横１５ｃｍ×厚み１ｍｍの
亜鉛電極を得た。また、活物質はペースティング法によ
り塗布してもかまわない。こうして得られた亜鉛極３枚
と同寸法の焼結式ニッケル極２枚とを微孔性フィルムと
セロファン膜と共に積重ねて電池容量が２０ＡＨの極群
を作製した。その極群の極板面が電槽底面に対し対向す
るようにあらかじめ設計された電槽に挿入し、電解液の
入っていない注液前電池Ｘを用意した。なお、ここで極
板面と電槽底面が対向するとは、極板面の交差角度（小
さい方の角度）が、０°以上４５°以下であることを言
う。また同じ極群を従来と同様電槽底面とは対向しない
ように設計された電槽に挿入し、注液前電池Ｙを用意し
た。この様に試作された電池Ｘの縦断面図を図１に示
し、電池Ｙの横断面図を図２に示した。

【００１０】該作製した注液前電池Ｘに、正極２、負極
１、セパレータ４、保液層３からなる極群８の全空隙の
９０％、９８％、１０５％、１１０％、１２０％の電解
液を加え、それぞれ電池Ａ、電池Ｂ、電池Ｃ、電池Ｄ、
電池Ｅを試作した。さらに、同様に注液前電池２の全空
隙の９０％、９８％、１０５％、１１０％１２０％の電
解液を加え、それぞれ従来型電池ａ、電池ｂ、電池ｃ、
電池ｄ、電池ｅを試作した。尚、、図１、図２において
５は電槽、６は電解液貯蔵層、７は電解液貯蔵層６に溜
まった電解液を極群へ供給する供給層である。

【００１１】次に、これらの電池について充放電サイク
ル試験を行った。試験条件として２Ａで１１時間充電を
行い、４Ａで１．２Ｖまで放電することを繰り返し行っ
た。その結果を３図に示す。また、電池の酸素ガス吸収
効率が安定した５０サイクル目のガス吸収効率を下表に
示す。

【００１２】なお、種類Ｘ¹とは、極群８の極板面が電槽５底面に対
向する様に配した電池であり、種類Ｙ¹とは、極群８の
極板面が電槽５底面に対向しない様に配した電池であ
る。

【００１３】図３より、電池Ｘ¹と電池Ｙ¹のいずれの
場合においても、極群８の全空間に占める電解液体積の
割合（以下、電解液量という）が９０％の時に、大きな
差は見られない。一方、電解液量がほゞ９８％〜１１０
％までの間は、電池Ｘ¹は電解液量の増加に従い、電池
寿命が向上し、電池Ｙ¹との寿命の差が大きくなってい
ることが分かる。しかし、電池Ｘ¹の電解液量が１２０
％の場合、サイクル試験中急激な容量低下が起こってい
る。これは、電池Ｅを解体調査して亜鉛のデンドライト
ショートであることが分かった。尚、電池Ａ，Ｂ，Ｃの
寿命原因は、シェイプチェンジによるものであった。ま
た、電池ａ，ｂは、デンドライトショートは見られなか
ったが、電池ｃ，ｄ，ｅ，Ｅは、すべてデンドライトシ
ョートによる寿命となっていることが分かった。また、
表から、電池Ｘ¹は、電池Ｙ¹に比べ、同じ電解液量で
は、酸素ガス吸収が優れていることが分かる。

【００１４】このように、電池Ｘ¹は同一電解液量の電
池Ｙ¹に比べ、酸素ガス吸収効率が上昇し、電解液量を
多く保持させることが出来、デンドライトの成長を抑制
して寿命を向上させることができる。また、電池Ｘ¹に
おいて従来用いられていた電解液量が９８％以下の電池
Ａ，Ｂより本発明電池Ｃ，Ｄの方が電池寿命が優れる。

【００１５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図である。

【符号の説明】１負極板２正極板５電槽８極群

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図３

【補正方法】追加

【補正内容】

【図３】本発明電池Ｘと従来電池Ｙの電解液量に対する
寿命の変化を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】極群の極板面が電槽底面と対向するよう
に配置した密閉形ニッケル亜鉛電池において、電解液の
体積が前記極群の全空間容積の９８％を超え１１０％以
下であることを特徴とする密閉形ニッケル亜鉛電池。