JPH0831448A - アルカリ二次電池 - Google Patents

アルカリ二次電池

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Publication number
JPH0831448A
JPH0831448A JP6161175A JP16117594A JPH0831448A JP H0831448 A JPH0831448 A JP H0831448A JP 6161175 A JP6161175 A JP 6161175A JP 16117594 A JP16117594 A JP 16117594A JP H0831448 A JPH0831448 A JP H0831448A
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JP
Japan
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positive electrode
secondary battery
paste
charging efficiency
compound
Prior art date
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Pending
Application number
JP6161175A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirohito Teraoka
浩仁 寺岡
Chizuru Hatanaka
千鶴 畑中
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.)
FDK Twicell Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Battery Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0831448A publication Critical patent/JPH0831448A/ja
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    • 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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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温状態における充電効率が向上された正極
を備えたアルカリ二次電池を提供することを目的とす
る。 【構成】 水酸化ニッケル粉末とセリウム化合物又はネ
オジム化合物とを含む正極1と、負極2と、前記正極1
と前記負極2との間に介装されるセパレータ3と、アル
カリ電解液とを具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水酸化ニッケル粉末を含
む正極を改良したアルカリ二次電池に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】アルカリ二次電池は、ニッケル正極と負
極との間に合成樹脂繊維製セパレータを介装して作製さ
れた電極群を例えば水酸化カリウムからなるアルカリ電
解液と共に容器内に収納した構造を有する。前記ニッケ
ル正極は、水酸化ニッケル粉末と、例えばコバルト酸化
物やコバルト水酸化物などの導電剤と、結着剤と、水を
混練してペーストを調製した後、前記ペーストを例えば
三次元スポンジ状金属多孔体や金属繊維マット等の耐ア
ルカリ性金属多孔体に充填することにより製造される。
【0003】前記正極を備えた二次電池を高温において
充電すると、下記(1)式に示す前記正極の水酸化ニッ
ケル粉末の充電反応と、下記(2)式に示す酸素ガス発
生反応との電位差が小さくなる。その結果、両反応が競
合するため、前記正極の充電効率が低下するという問題
点があった。
【0004】 Ni(OH)2 +OH- → NiOOH+H2 O+e- (1) 4OH- → 2H2 O+O2 +4e- (2) このようなことから、前記水酸化ニッケル粉末に数%の
カドミウム又は亜鉛を含有させたり、前記アルカリ電解
液に水酸化リチウムを添加したりすることが行われてい
る。しかしながら、これらの方法では高温状態における
正極の充電効率を十分に向上させることは困難であっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の問題を
解決するためになされたもので、高温状態での充電効率
が向上された正極を備えたアルカリ二次電池を提供しよ
うとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、水酸化ニッケ
ル粉末とセリウム化合物又はネオジム化合物とを含む正
極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介装される
セパレータと、アルカリ電解液とを具備したことを特徴
とするアルカリ二次電池である。
【0007】以下、本発明のアルカリ二次電池を図1を
参照して説明する。正極1は、負極2との間にセパレー
タ3を介在してスパイラル状に捲回され、有底円筒状の
容器4内に収納されている。前記負極2は作製された電
極群の最外周に配置されて前記容器4と電気的に接触し
ている。アルカリ電解液は、前記容器4内に収容されて
いる。中央に穴5を有する円形の封口板6は、前記容器
4の上部開口部に配置されている。リング状の絶縁性ガ
スケット7は、前記封口板6の周縁と前記容器4の上部
開口部内面の間に配置され、前記上部開口部を内側に縮
径するカシメ加工により前記容器4に前記封口板6を前
記ガスケット7を介して気密に固定している。正極リー
ド8は、一端が前記正極1に接続、他端が前記封口板6
の下面に接続されている。帽子形状をなす正極端子9
は、前記封口板6上に前記穴5を覆うように取り付けら
れている。ゴム製の安全弁10は、前記封口板6と前記
正極端子9で囲まれた空間内に前記穴5を塞ぐように配
置されている。
【0008】前記正極1は、水酸化ニッケル粉末と、セ
リウム化合物又はネオジム化合物と、導電剤と、結着剤
と、水を含むペーストを調製し、前記ペーストを耐アル
カリ性金属多孔体に充填し、これを乾燥、加圧成形した
後、所望のサイズに切断することにより製造される。
【0009】前記セリウム化合物としては、例えばCe
2 ,Ce(OH)3 ,Ce(OH)4 ・H2 Oを挙げ
ることができる。前記ネオジム化合物としては、例えば
Nd23 ,Nd(OH)3 を挙げることができる。
【0010】前記正極のセリウム化合物又はネオジム化
合物の含有量は、それらの元素換算で正極容量1Ah当
り0.05mg以上にすることが好ましい。前記含有量
を元素換算で正極容量1Ah当り0.05mg未満にす
ると、前記正極の充電効率が低下する恐れがある。前記
含有量の上限は元素換算で好ましくは正極容量1Ah当
り1mgで、より好ましくは正極容量1Ah当り0.5
mgである。前記含有量が元素換算で正極容量1Ah当
り1mgを越えると、前記正極の容量が低下する恐れが
ある。
【0011】前記水酸化ニッケル粉末には亜鉛又はコバ
ルトを金属ニッケルと共に共沈させて固溶体として含有
させることが好ましい。このような水酸化ニッケル粉末
を含む正極は高温状態における充電効率を更に向上でき
る。
【0012】前記導電剤としては、例えば一酸化コバル
ト、三酸化二コバルト、水酸化コバルト等のコバルト化
合物を挙げることができる。前記結着剤としては、例え
ばポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセル
ロース、メチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウ
ム、ポリビニルアルコールを挙げることができる。
【0013】前記耐アルカリ性金属多孔体としては、例
えばニッケル、ステンレス等の金属や、ニッケルメッキ
が施された樹脂などからなるスポンジ状、繊維状、フェ
ルト状の多孔質構造を有するものを挙げることができ
る。
【0014】前記負極2は、負極活物質に導電材を添加
し、結着剤及び水と共に混練してペーストを調製し、前
記ペーストを導電性基板に充填し、乾燥した後、成形す
ることにより製造される。
【0015】前記負極活物質としては、例えば金属カド
ミウム、水酸化カドミウムなどのカドミウム化合物、水
素吸蔵合金を挙げることができる。中でも、前記水素吸
蔵合金は、前記カドミウム化合物を用いた場合よりも二
次電池の容量を向上できるため、好ましい。前記水素吸
蔵合金としては、格別制限されるものではなく、電解液
中で電気化学的に発生させた水素を吸蔵でき、かつ放電
時にその吸蔵水素を容易に放出できるものであればよ
い。例えばLaNi5 、MmNi5 (Mmとは、La,
Ce,Pr,Nd,Smなどのランタン系元素の混合物
であるミッシュメタルを意味する)、LnNi5 (L
n;ランタン富化したミッシュメタル)、及びこれらの
Niの一部をAl、Mn、Co、Ti、Cu、Zn、Z
r、Cr、Bのような元素で置換した多元素系のもの、
又はTiNi系、TiFe系のものを挙げることができ
る。中でも、一般式LnNix Mnyz (ただし、A
はAl,Coから選ばれる少なくとも一種の金属、原子
比x,y,zはその合計値が4.8≦x+y+z≦5.
4を示す)で表される水素吸蔵合金を用いることが望ま
しい。
【0016】前記導電材としては、例えばカーボンブラ
ック等を挙げることができる。前記結着剤としては、前
記正極1と同様なものを挙げることができる。前記導電
性基板としては、例えばパンチドメタル、エキスパンデ
ッドメタル、穿孔剛板、ニッケルネットなどの二次元基
板や、フェルト状金属多孔体や、スポンジ状金属多孔体
などの三次元基板を挙げることができる。
【0017】前記セパレータ3としては、例えば、ポリ
アミド繊維製不織布、ポリエチレンやポリプロピレンな
どのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与
したものを挙げることができる。
【0018】前記アルカリ電解液としては、例えば水酸
化カリウム溶液、水酸化ナトリウムと水酸化リチウムの
混合液、水酸化カリウムと水酸化リチウムの混合液、水
酸化カリウムと水酸化リチウムと水酸化ナトリウムの混
合液等を用いることができる。中でも、前記水酸化ナト
リウムと水酸化リチウムの混合液、前記水酸化カリウム
と水酸化リチウムの混合液、前記水酸化カリウムと水酸
化リチウムと水酸化ナトリウムの混合液は、高温状態に
おける前記正極の充電効率を更に向上できるため、好ま
しい。
【0019】
【作用】本発明のアルカリ二次電池によれば、水酸化ニ
ッケル粉末とセリウム化合物又はネオジム化合物とを含
む正極を備えることによって、高温状態における前記正
極の酸素過電圧を高くすることができる。その結果、高
温状態において前述した(1)式に示す前記水酸化ニッ
ケル粉末の充電反応が進むため、NiOOHの生成量が
増加して前記正極の充電効率を向上することができる。
【0020】また、前記正極のセリウム化合物又はネオ
ジム化合物の含有量をそれらの元素換算で正極容量1A
h当り0.05mg以上にすることによって、高温状態
において前記正極の酸素過電圧を著しく高めることがで
きるため、前記正極の充電効率をより一層向上すること
ができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例1 まず、水酸化ニッケル粉末90重量部及び一酸化コバル
ト10重量部からなる混合物にCe(OH)3 をセリウ
ム換算で正極の容量1Ah当り0.05mg,0.10
mg,0.50mg,1mg添加した。各混合物にカル
ボキシメチルセルロース0.3重量%と、ポリテトラフ
ルオロエチレン1.0重量%を添加し、これらに水45
重量%を添加して混練してペーストを調製した。前記各
ペーストを耐アルカリ性金属多孔体としての多孔度95
%のニッケルメッキ繊維基板に充填し、乾燥した後、ロ
ーラプレスして圧延成形することにより正極を作製し
た。
【0022】また、LaNi4.0 Co0.4 Mn0.3 Al
0.3 の組成からなる水素吸蔵合金粉末95重量部にポリ
テトラフルオロエチレン粉末3重量部と、カーボン粉末
1重量部と、結着剤としてカルボキシメチルセルロース
を1重量部添加し、水50重量部と共に混合することに
よって、ペーストを調製した。前記ペーストをニッケル
製ネットに塗布、乾燥した後、加圧成形することによっ
て水素吸蔵合金負極を作製した。
【0023】次いで、前記各正極と前記負極との間に親
水処理を施したオレフィン樹脂製不織布からなるセパレ
ータを介装して渦巻状に捲回して電極群を作製した。こ
れらの電極群と8規定の水酸化カリウムからなるアルカ
リ電解液を有底円筒状容器に収納して前述した図1に示
す構造を有するAAサイズの円筒形ニッケル水素二次電
池を組み立てた。 比較例1 前記Ce(OH)3 を添加しない以外、実施例1と同様
な構成で前述した図1に示すニッケル水素二次電池を組
み立てた。
【0024】得られた実施例1及び比較例1の二次電池
を100個ずつ用意し、45℃で24時間エージングを
行った。前記各電池を25℃において0.1Cの電流で
150%の深度まで充電した後、1Cの電流で放電する
充放電サイクルを20サイクル繰り返し、放電容量を安
定させた。各種類の電池について20サイクル目の放電
容量がほぼ同じものを10個ずつ選び出した。選択され
た電池について45℃の高温において0.1Cの電流で
150%の深度まで充電した後、25℃において1Cの
電流で放電した。測定された放電容量から放電容量比
(20サイクル目の容量選別時の放電容量を100とす
る)を求め、45℃において0.1C充電を行った際の
充電効率とし、その結果を図2に示す。
【0025】図2から明らかなように、Ce(OH)3
含む正極を備えた実施例1の二次電池は、45℃の高温
状態における充電効率が75を越え、高いことがわか
る。特に、前記Ce(OH)3 がセリウム換算で正極の
容量1Ah当り0.05mg〜1mg添加されている
と、高温状態における充電効率はおよそ80〜86と著
しく高いことがわかる。これに対し、セリウム化合物無
添加の正極を備えた比較例1の二次電池は、高温状態に
おける充電効率が66と著しく低いことがわかる。 実施例2 前記Ce(OH)3 の代りにNd(OH)3 を用いた以
外、実施例1と同様な構成で前述した図1に示すニッケ
ル水素二次電池を組み立てた。
【0026】得られた実施例2の二次電池について、実
施例1と同様な方法で45℃の高温状態において0.1
C充電を行った際の充電効率を求め、その結果を図3に
示す。なお、図3には前記比較例1の二次電池のデータ
を併記する。
【0027】図3から明らかなように、Nd(OH)3
含む正極を備えた実施例2の二次電池は、45℃の高温
状態における充電効率が75を越え、高いことがわか
る。特に、前記Nd(OH)3 がネオジム換算で正極の
容量1Ah当り0.05mg〜1mg添加されている
と、高温状態における充電効率はおよそ81〜87と著
しく高いことがわかる。これに対し、ネオジム化合物無
添加の正極を備えた比較例1の二次電池は、高温状態に
おける充電効率が66と著しく低いことがわかる。 実施例3 前記Ce(OH)3 の代りにCeO2 をセリウム換算で
正極の容量1Ah当り0.1mg添加した以外、実施例
1と同様な正極を作製した。前記正極と実施例1と同様
な負極、セパレータ、アルカリ電解液を用いて前述した
図1に示すニッケル水素二次電池を組み立てた。
【0028】得られた実施例3の二次電池について実施
例1と同様な方法で45℃の高温状態において0.1C
充電を行った際の充電効率を求めたところ、87と高か
った。 実施例4 前記Ce(OH)3 の代りにNd23 をネオジム換算
で正極の容量1Ah当り0.1mg添加した以外、実施
例1と同様な正極を作製した。前記正極と実施例1と同
様な負極、セパレータ、アルカリ電解液を用いて前述し
た図1に示すニッケル水素二次電池を組み立てた。
【0029】得られた実施例4の二次電池について実施
例1と同様な方法で45℃の高温状態において0.1C
充電を行った際の充電効率を求めたところ、84と高か
った。 比較例2 活物質として3〜5重量%の亜鉛が共沈された水酸化ニ
ッケル粉末を含み、かつセリウム化合物無添加の正極
と、1規定の水酸化リチウムと7規定の水酸化カリウム
からなるアルカリ電解液とを用いた以外、実施例1と同
様な構成で前述した図1に示すニッケル水素二次電池を
組み立てた。
【0030】得られた比較例2の二次電池について実施
例1と同様な方法で45℃の高温状態において0.1C
充電を行った際の充電効率を求めたところ、69と低か
った。
【0031】
【発明の効果】以上詳述したように本発明のアルカリ二
次電池によれば、高温状態における正極の充電効率を向
上できる等の顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るアルカリ二次電池を示す斜視図。
【図2】本発明の実施例におけるCe(OH)3 のセリ
ウム換算量と高温状態における正極の充電効率との関係
を示す特性図。
【図3】本発明の実施例におけるNd(OH)3 のネオ
ジム換算量と高温状態における正極の充電効率との関係
を示す特性図。
【符号の説明】
1…正極、2…負極、3…セパレータ、4…容器、6…
封口板、7…絶縁ガスケット。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水酸化ニッケル粉末とセリウム化合物又
    はネオジム化合物とを含む正極と、負極と、前記正極と
    前記負極との間に介装されるセパレータと、アルカリ電
    解液とを具備したことを特徴とするアルカリ二次電池。
  2. 【請求項2】 前記正極のセリウム化合物又はネオジム
    化合物の含有量は、それらの元素換算で正極容量1Ah
    当り0.05mg以上にすることを特徴とする請求項1
    記載のアルカリ二次電池。
JP6161175A 1994-07-13 1994-07-13 アルカリ二次電池 Pending JPH0831448A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012018077A1 (ja) * 2010-08-05 2012-02-09 株式会社Gsユアサ アルカリ蓄電池及びアルカリ蓄電池用正極材料の製造方法

Cited By (3)

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WO2012018077A1 (ja) * 2010-08-05 2012-02-09 株式会社Gsユアサ アルカリ蓄電池及びアルカリ蓄電池用正極材料の製造方法
US8883349B2 (en) 2010-08-05 2014-11-11 Gs Yuasa International Ltd. Alkaline secondary battery and method for manufacturing positive electrode material for alkaline secondary battery
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