JPH0787102B2 - 密閉形ニッケル・亜鉛蓄電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は可搬用或は電気自動車用の電源として用いられ
る密閉形ニッケル・亜鉛蓄電池に関するものである。

従来例の構成とその問題点 ニッケル・亜鉛蓄電池は高エネルギー密度、高出力特性
を有している。

しかしながらZnの溶解度が高いために、充電時Znのデン
ドライトが成長し、セパレータの貫通ショートを起し、
或は形状変化のために利用率の低下を招き、これらによ
りサイクル寿命が低下していた。

従来このデンドライト防止に対して、セパレータの改
良、亜鉛析出防止剤、充電方式等種々の改良が提案され
ているが、実用に供するまでには至つていない。

これまでの密閉形ニッケル・亜鉛蓄電池の多くは、ニッ
ケルカドミウム蓄電池と同様ポリアミド系或はポリオレ
フィン系の不織布からなるセパレータが用いられてい
る。これは、充電末期に正極から発生する酸素ガスを容
易に負極表面に導き、充電により生じた金属亜鉛をZn
（OH）_２にすることで未充電状態を保つためである。こ
のようにすることにより、過充電に対して水素ガス発生
を防ぐことができ、密閉化を可能としたものである。し
かしながら、不織布だけでは放電中或は放置中に生じる
亜鉛酸イオンが容易に正極板近傍へ移行する。このため
充電中の電流分布の不均一等により亜鉛デンドライトの
成長へと進み、数十サイクルでショートを起こしてい
た。

又セパレータとしてセロハンを数枚重ね合せたものもあ
るが、この場合にはガス吸収を亜鉛極表面に期待せず、
ガス吸収のための第３電極を併用する方法が提案されて
いる。しかしながらこの方法においては、第３電極を必
要とすること、及び第３電極分だけ容積効率及び重量効
果が悪くなる欠点があつた。

又一般に密閉形電池では電解液量を極力規制するため、
ニッケル・亜鉛電池の特徴である高出力特性が、そこな
われたり形状変化が大きくなるためサイクル寿命が短く
なる欠点を有している。

発明の目的 本発明は密閉形ニッケル・亜鉛蓄電池における出力特性
及びサイクル寿命の改良を目的としたものである。

発明の構成 すなわち、本発明は上記の目的を達成するため、負極板
の正極に対向しない側の面に撥水層を設けかつその面に
撥水性不織布層を設けるものである。これによつて、充
電末期にニッケル極より発生する酸素ガスを効率よく負
極板へ導きガス吸収させる。このようにより有効な充電
リザーブを常に残すことで、Znのデンドライト成長を防
ぎ、形状変化を少くした密閉形電池である。

互いに対向する正極、負極面に保液紙を配し、保液紙と
保液紙との間にデンドライト成長によるショート防止用
のセパレータを用いる。この時負極の正極に対向しない
側の面に撥水層を設け、かつその面に撥水性不織布層を
設けることにより、充電末期の酸素ガスを負極板の充放
電反応に直接関与しない背面全面に導びき効率良く酸素
ガスを吸収させる。これにより充放電反応とガス吸収反
応とを負極板の片面ずつで行わせるので、高出力特性を
損うことなしに酸素ガス吸収効率が改善できる。

実施例の説明 以下本発明の詳細につき、実施例により説明する。

本発明の電池は、焼結式又はシート式正極板、シート式
負極板よりなる公称容量3Ahの密閉形ニッケル亜鉛蓄電
池であり、正極板１枚、負極板２枚から成る極群を２群
並列としたものである。

第１図は本発明による電池の水平断面図である。

１は、ニッケルシンター極板或いはニッケルシート式極
板から成る正極板、２は、正極板又は負極板に接した保
液紙で、セルロース系或はポリアミド系、ポリオレフィ
ン系の不織布から成る。３はセパレータとしての微孔ポ
リプロピレン膜、或はグラフトポリエチレン膜、或はセ
ロハンであり、各々１〜３重又は組合わせたものであつ
て、正極及び正極側保液紙を包み込んだものである。４
は電槽である。５は負極板で亜鉛粉末及び酸化亜鉛粉末
をポリ四沸化エチレン樹脂と混ぜ、ロール掛けによりシ
ート状となし、銅又は銀集電体に圧着したものであり、
６は本発明に係わる撥水層である。撥水層は、上記負極
板の片面にポリ四沸化エチレン樹脂を分散させた溶液を
連続的に所定量を均一に散布し、乾燥させるか、又はポ
リ四沸化エチレン樹脂で作つた微孔性薄膜を上記シート
の集電体への圧着時、同時に片面のみ圧着することによ
つて設ける。

７は本発明に係わる撥水性不織布層であり、例えばポリ
四沸化エチレンから成る不織布、或はポリプロピレン不
織布等で、特に面方向のガス透過性のある撥水性多孔質
でかつ耐アルカリ性、耐酸化性を有するものである。

電解液は比重1.30〜1.40の水酸化カリウムを主体とする
水溶液で正極、負極、セパレータ及び保液紙の全空隙の
80〜95％を満たす液量を注入する。

本発明による電池Ａと亜鉛極の撥水層及び撥水性不織布
層のいずれをも設けていない従来電池Ｂとの性能を比較
し、充電量と電池電圧との関係を調べた。第２図にその
結果を示す。充電々流は0.1CAである。

本発明電池Ａの充電々圧は、充電量百数十パーセントで
最大1.9Vとなり、その後少しずつ低下している。これに
対して、従来電池Ｂでは充電量400％付近まで進行した
後、水素発生電位に達する。これは初期負極板に与えら
れた充電リザーブが、過充電時酸素ガス吸収率が低いた
め、どんどん減少しついには水素発生になるためであ
る。

このように一旦水素ガス発生の領域に達すると、亜鉛の
デンドライト成長がどんどん進行し、デンドライトに強
いセパレータを使用していても貫通ショートを起こす。

第３図に10C放電における放電初期電池電圧特性の比較
を示した。本発明電池Ａは、従来電池Ｂに比べて約0.1V
放電々圧が高い。

これは負極板に撥水層及び撥水性不織布層が密着してい
るので、この部分の電解液が正極との対向面へ押しやら
れ、放電に関与する部分における電解液量が増えるため
によると考えられる。

次に放電深度を公称容量の50％とし、充電量は放電量の
110％とした場合の、充放電サイクル特性とガス吸収効
率及び放電容量との関係を、第４図に示した。本発明電
池Ａでは酸素ガス吸収効率が初期より100％であり、そ
れに応じて放電容量の劣化も少く500∞後でも初期容量
の90％である。これに対して従来電池Ｂのガス吸収は、
初期では約60％であり最終では約90％と上昇するもの
の、その時点における電池容量は約50％まで低下し、そ
の後短絡に至つている。

上記の如く本発明電池Ａは非常に優れていることが分
る。

本発明の撥水性不織布層を負極板よりはみ出るようにす
ることにより、酸素ガスがより効率的に内部へ導かれる
電池とすることができる。

又正極板１枚、負極板２枚から成る前述の構成を単位極
群とし、この極群を並列に組合わせることで全ての負極
板は、充放電反応面及びガス吸収面の双方を兼ね備える
ことができる。

このために充放電による形状変化が少く、サイクル寿命
の改善された高容量形電池となる。

尚、極群を並列にする場合に、極群と極群の間に２枚の
撥水性不織布層が存在するので一方を無くして１枚とし
てもよい。

発明の効果 上述した如く、本発明は負極板の正極に対向しない側の
面に撥水層を設け、かつその面に撥水性不織布層を接し
て設けることにより、負極板における酸素ガス吸収効率
を高め、高性能で長寿命の密閉形蓄電池としたものであ
り、その工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例電池の水平断面図、第２図は
充電量と電池電圧との関係を示す図、第３図は放電時間
と電池電圧の関係を示す図、第４図は充放電サイクル数
と放電容量及びガス吸収効率との関係を示す図である。 １……ニッケル正極板、２……保液紙 ３……セパレータ、４……電槽 ５……亜鉛負極板、６……撥水層 ７……撥水性不織布層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単位極群が正極板１枚、負極板２枚からな
   り、前記正極板は両面に保液層が設けられてセパレータ
   で包囲されてなり、前記負極板は一方の面に保液層が、
   他方の面に撥水層を介して撥水性不織布層が設けられて
   なり、かつこの負極板の各保液層が前記正極板を包囲し
   たセパレータの各面に接するように設けた構成であり、
   該極群に濃度が30〜40重量％の電解液を保持させるとと
   もに、該極群を単一または複数個水平に配置して並列に
   したことを特徴とする密閉形ニッケル・亜鉛蓄電池。