JPH08321322A - 固体高分子電解質を備えた金属水素化物二次電池 - Google Patents
固体高分子電解質を備えた金属水素化物二次電池Info
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- JPH08321322A JPH08321322A JP7149580A JP14958095A JPH08321322A JP H08321322 A JPH08321322 A JP H08321322A JP 7149580 A JP7149580 A JP 7149580A JP 14958095 A JP14958095 A JP 14958095A JP H08321322 A JPH08321322 A JP H08321322A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【目的】容積効率及び耐漏液性能にすぐれ、しかも正極
活物質の利用率が改良された、固体高分子電解質を備え
た金属水素化物二次電池を提供する。 【構成】二酸化マンガンと固体高分子電解質とを含有し
た正極もしくは水酸化ニッケルと固体高分子電解質とを
含有した正極と、水素吸蔵合金を主体とする負極と、固
体高分子電解質よりなるセパレータとを備える。固体高
分子電解質を正極活物質中に含有させることにより、そ
の電解質のネットワークが形成されイオンの移動経路が
でき、電極内部まで電極反応サイトが三次元的に拡大
し、液体の電解質が浸透するのと同様の効果を示す。し
かも高分子固体電解質セパレータによれば、従来のポリ
プロピレンやポリアミドセパレータに比べ高エネルギー
密度化が図れるとともに、電池容器内の流動電解液を無
くすることができるので耐漏液性能が改善される。
活物質の利用率が改良された、固体高分子電解質を備え
た金属水素化物二次電池を提供する。 【構成】二酸化マンガンと固体高分子電解質とを含有し
た正極もしくは水酸化ニッケルと固体高分子電解質とを
含有した正極と、水素吸蔵合金を主体とする負極と、固
体高分子電解質よりなるセパレータとを備える。固体高
分子電解質を正極活物質中に含有させることにより、そ
の電解質のネットワークが形成されイオンの移動経路が
でき、電極内部まで電極反応サイトが三次元的に拡大
し、液体の電解質が浸透するのと同様の効果を示す。し
かも高分子固体電解質セパレータによれば、従来のポリ
プロピレンやポリアミドセパレータに比べ高エネルギー
密度化が図れるとともに、電池容器内の流動電解液を無
くすることができるので耐漏液性能が改善される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質を備
えた金属水素化物二次電池に関する。
えた金属水素化物二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器の発展によってポータブ
ルの電源として電池の需要が高まっている。そのひとつ
に、正極に水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金、電解
液にアルカリ水溶液を用いたニッケル金属水素化物電池
（以下、単にニッケル水素電池と省略。他についても同
様）がある。
ルの電源として電池の需要が高まっている。そのひとつ
に、正極に水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金、電解
液にアルカリ水溶液を用いたニッケル金属水素化物電池
（以下、単にニッケル水素電池と省略。他についても同
様）がある。
【０００３】しかし、電解液にアルカリ水溶液を使用す
るこの電池は、シール部分からアルカリ水溶液が容器外
に漏れ出す液漏れの問題がある。この液漏れを防ぐ手段
として、シール部分に工夫をこらし、機械的に圧着して
接合部の隙間を可能な限り小さくしたり、金属面を表面
処理するとともに絶縁パッキン部に接着剤を塗布したり
することにより、漏液防止効果を上げているが、いまだ
この問題は完全には克服されてはいない。
るこの電池は、シール部分からアルカリ水溶液が容器外
に漏れ出す液漏れの問題がある。この液漏れを防ぐ手段
として、シール部分に工夫をこらし、機械的に圧着して
接合部の隙間を可能な限り小さくしたり、金属面を表面
処理するとともに絶縁パッキン部に接着剤を塗布したり
することにより、漏液防止効果を上げているが、いまだ
この問題は完全には克服されてはいない。
【０００４】また、電解液にアルカリ水溶液を用いたニ
ッケル水素電池には、セパレータとして、厚さが２００
μｍ程度の厚いポリプロピレンやポリアミドが使用さ
れ、その多孔体のなかに電解液を保持しているため、電
池を構成したときセパレータのしめる割合が大きく、高
エネルギー密度化の障害となっている。
ッケル水素電池には、セパレータとして、厚さが２００
μｍ程度の厚いポリプロピレンやポリアミドが使用さ
れ、その多孔体のなかに電解液を保持しているため、電
池を構成したときセパレータのしめる割合が大きく、高
エネルギー密度化の障害となっている。
【０００５】これら課題を克服するための一つの手段と
して、薄膜化が可能な固体の電解質を用いてセパレータ
と電解液との機能をもたせる方法が考えられる。現在、
固体高分子電解質を用いた電気化学装置には、燃料電
池、水電解装置、食塩電解装置、塩酸電解装置、電気化
学的酸素分離装置、電解化学的水素分離装置、水電解式
湿度センサー、輸液ポンプなどがある。
して、薄膜化が可能な固体の電解質を用いてセパレータ
と電解液との機能をもたせる方法が考えられる。現在、
固体高分子電解質を用いた電気化学装置には、燃料電
池、水電解装置、食塩電解装置、塩酸電解装置、電気化
学的酸素分離装置、電解化学的水素分離装置、水電解式
湿度センサー、輸液ポンプなどがある。
【０００６】例えば、特公平２−７３９８号には、燃料
に水素ガスを用い、酸化剤に酸素ガスを用いる燃料電池
に、触媒粉末と結着剤との混合物にイオン交換樹脂を混
入したイオン交換膜−電極接合体ガス電極を用いれば、
反応サイトが増大し効果が得られることが示されてい
る。
に水素ガスを用い、酸化剤に酸素ガスを用いる燃料電池
に、触媒粉末と結着剤との混合物にイオン交換樹脂を混
入したイオン交換膜−電極接合体ガス電極を用いれば、
反応サイトが増大し効果が得られることが示されてい
る。
【０００７】しかし、これらの電気化学装置の電極はガ
ス拡散電極もしくはガス発生電極であり、電極では気相
の反応種が関与することを特徴としている。これに対し
て、二酸化マンガンや水酸化ニッケルなどを用いた電極
は、電池の反応種である活物質は気体でなく固相であ
る。すなわち、反応物が固相であることを特徴としてお
り、上述の電極反応とは本質的に異なる。
ス拡散電極もしくはガス発生電極であり、電極では気相
の反応種が関与することを特徴としている。これに対し
て、二酸化マンガンや水酸化ニッケルなどを用いた電極
は、電池の反応種である活物質は気体でなく固相であ
る。すなわち、反応物が固相であることを特徴としてお
り、上述の電極反応とは本質的に異なる。
【０００８】固体高分子電解質を使用している電池例と
しては、例えばＶ2 Ｏ5 −Ｌｉ電池があり、電解質とし
ては、ポリエチレンオキサイドを使用したものや、エチ
レンカーボネートとジエチレンカーボネートとの１：１
の混合物に１ｍｏｌのＬｉＰＦ6 を混入してゲル状にし
たものを用いているが、水溶液系の電池に適用した例は
ほとんどない。
しては、例えばＶ2 Ｏ5 −Ｌｉ電池があり、電解質とし
ては、ポリエチレンオキサイドを使用したものや、エチ
レンカーボネートとジエチレンカーボネートとの１：１
の混合物に１ｍｏｌのＬｉＰＦ6 を混入してゲル状にし
たものを用いているが、水溶液系の電池に適用した例は
ほとんどない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】現在、水溶液系の電池
では、正極活物質として二酸化マンガンもしくは水酸化
ニッケルを、セパレータとして固体高分子電解質を用い
たものは実用化されていない。
では、正極活物質として二酸化マンガンもしくは水酸化
ニッケルを、セパレータとして固体高分子電解質を用い
たものは実用化されていない。
【００１０】その原因の一つは、これらの正極活物質の
利用率が低いことにある。すなわち、電解質が液体の場
合、電解液が活物質中へ浸透し電極内部の活物質が電解
質と接して電極反応サイトが三次元的に拡がり電極内部
の活物質も反応するが、電解質が固体の場合、電解質が
活物質中へ浸透せず、活物質と電解質とがその界面でし
か接していないため、電極反応サイトはこの二次元的な
界面に限定されるので、電極内部の活物質が反応するこ
とが困難なことによる。
利用率が低いことにある。すなわち、電解質が液体の場
合、電解液が活物質中へ浸透し電極内部の活物質が電解
質と接して電極反応サイトが三次元的に拡がり電極内部
の活物質も反応するが、電解質が固体の場合、電解質が
活物質中へ浸透せず、活物質と電解質とがその界面でし
か接していないため、電極反応サイトはこの二次元的な
界面に限定されるので、電極内部の活物質が反応するこ
とが困難なことによる。
【００１１】そこで本発明の目的は、容積効率及び耐漏
液性能にすぐれ、しかも正極活物質の利用率が改良され
た、固体高分子電解質を備えた金属水素化物二次電池を
提供することである。
液性能にすぐれ、しかも正極活物質の利用率が改良され
た、固体高分子電解質を備えた金属水素化物二次電池を
提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる固体高分
子電解質を備えた金属水素化物二次電池は、二酸化マン
ガンと固体高分子電解質とを含有した正極もしくは水酸
化ニッケルと固体高分子電解質とを含有した正極と、水
素吸蔵合金を主体とする負極と、固体高分子電解質より
なるセパレータとを備えたことを特徴とする。
子電解質を備えた金属水素化物二次電池は、二酸化マン
ガンと固体高分子電解質とを含有した正極もしくは水酸
化ニッケルと固体高分子電解質とを含有した正極と、水
素吸蔵合金を主体とする負極と、固体高分子電解質より
なるセパレータとを備えたことを特徴とする。
【００１３】
【作用】固体高分子電解質を正極活物質中に含有させる
ことにより、その電解質のネットワークが形成されイオ
ンの移動経路ができ、電極内部まで電極反応サイトが三
次元的に拡大し、液体の電解質が浸透するのと同様の効
果を示す。これにより、正極内部の活物質も充放電に十
分関与することでき正極活物質の利用率が向上し、充放
電容量が著しく向上して電池特性が改善される。
ことにより、その電解質のネットワークが形成されイオ
ンの移動経路ができ、電極内部まで電極反応サイトが三
次元的に拡大し、液体の電解質が浸透するのと同様の効
果を示す。これにより、正極内部の活物質も充放電に十
分関与することでき正極活物質の利用率が向上し、充放
電容量が著しく向上して電池特性が改善される。
【００１４】しかも、高分子固体電解質セパレータによ
れば、従来のポリプロピレンやポリアミドセパレータに
比べ高エネルギー密度化が図れるとともに、電池容器内
の流動電解液を無くすることができるので耐漏液性能が
改善される。
れば、従来のポリプロピレンやポリアミドセパレータに
比べ高エネルギー密度化が図れるとともに、電池容器内
の流動電解液を無くすることができるので耐漏液性能が
改善される。
【００１５】これにより、容積効率及び耐漏液性能にす
ぐれた固体高分子電解質を備え、しかも正極活物質の利
用率が改良された、金属水素化物二次電池を提供するこ
とができる。
ぐれた固体高分子電解質を備え、しかも正極活物質の利
用率が改良された、金属水素化物二次電池を提供するこ
とができる。
【００１６】なお、参考までに、本発明にかかる電池の
反応式を次に説明しておく。
反応式を次に説明しておく。
【００１７】カチオン導伝性の固体高分子電解質を使用
した二酸化マンガン水素電池の場合、正極では、 ＭｎＯ2 ＋Ｈ+ ＋ｅ ←（充電）／（放電）→ＭｎＯＯＨ の反応がおこり、負極では、 ＭＨ←（充電）／（放電）→Ｈ+ ＋ｅ の反応がおこる。したがって、全反応式は、 ＭｎＯ2 ＋ＭＨ←（充電）／（放電）→ＭｎＯＯＨ＋Ｍ であらわすことができる。なお、Ｍは水素吸蔵合金、Ｍ
Ｈは水素吸蔵合金の水素化物を示す。
した二酸化マンガン水素電池の場合、正極では、 ＭｎＯ2 ＋Ｈ+ ＋ｅ ←（充電）／（放電）→ＭｎＯＯＨ の反応がおこり、負極では、 ＭＨ←（充電）／（放電）→Ｈ+ ＋ｅ の反応がおこる。したがって、全反応式は、 ＭｎＯ2 ＋ＭＨ←（充電）／（放電）→ＭｎＯＯＨ＋Ｍ であらわすことができる。なお、Ｍは水素吸蔵合金、Ｍ
Ｈは水素吸蔵合金の水素化物を示す。
【００１８】ここでは、反応式の見掛け上、水を必要と
しないが、カチオン導伝性の固体高分子電解質がプロト
ン導伝性をしめすためには水が必要であり、プロトンの
水和水として水の移動がおこる。正極および負極中のプ
ロトン伝導性と電子伝導性とを高めるためには、両極板
のそれぞれに固体高分子の粉末もしくは溶液および導電
剤とを混入すればよい。
しないが、カチオン導伝性の固体高分子電解質がプロト
ン導伝性をしめすためには水が必要であり、プロトンの
水和水として水の移動がおこる。正極および負極中のプ
ロトン伝導性と電子伝導性とを高めるためには、両極板
のそれぞれに固体高分子の粉末もしくは溶液および導電
剤とを混入すればよい。
【００１９】次に、アニオン伝導性の固体高分子電解質
を使用した二酸化マンガン水素電池の場合、正極では、 ＭｎＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋ｅ←（充電）／（放電）→ＭｎＯＯＨ＋ＯＨ- の反応がおこり、負極では、 ＭＨ＋ＯＨ- ←（充電）／（放電）→Ｍ＋Ｈ2 Ｏ＋ｅ の反応がおこる。したがって、全反応式は、 ＭｎＯ2 ＋ＭＨ←（充電）／（放電）→ＭｎＯＯＨ＋Ｍ であらわすことができる。
を使用した二酸化マンガン水素電池の場合、正極では、 ＭｎＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋ｅ←（充電）／（放電）→ＭｎＯＯＨ＋ＯＨ- の反応がおこり、負極では、 ＭＨ＋ＯＨ- ←（充電）／（放電）→Ｍ＋Ｈ2 Ｏ＋ｅ の反応がおこる。したがって、全反応式は、 ＭｎＯ2 ＋ＭＨ←（充電）／（放電）→ＭｎＯＯＨ＋Ｍ であらわすことができる。
【００２０】反応式の見掛け上、水を必要としないが、
正極および負極での電極反応では水が関与している。正
極および負極中の水酸化物イオンの移動度を高めるため
に、これら両極板に固体高分子電解質の粉末もしくは溶
液を混入すれば、電極反応を速やかに進ませることがで
きる。なお、その場合電子伝導性を高めるために、これ
ら両極板に導電剤を混合すればさらに効率を高めること
ができる。
正極および負極での電極反応では水が関与している。正
極および負極中の水酸化物イオンの移動度を高めるため
に、これら両極板に固体高分子電解質の粉末もしくは溶
液を混入すれば、電極反応を速やかに進ませることがで
きる。なお、その場合電子伝導性を高めるために、これ
ら両極板に導電剤を混合すればさらに効率を高めること
ができる。
【００２１】つぎに、カチオン伝導性の固体高分子電解
質を使用したニッケル水素電池の場合、正極では ＮｉＯＯＨ＋Ｈ+ ＋ｅ←（充電）／（放電）→Ｎｉ（ＯＨ）2 の反応がおこり、負極では ＭＨ←（充電）／（放電）→Ｈ+ ＋ｅ の反応がおこる。したがって、全反応式は ＮｉＯＯＨ＋ＭＨ←（充電）／（放電）→Ｎｉ（ＯＨ）2 ＋Ｍ であらわすことができる。
質を使用したニッケル水素電池の場合、正極では ＮｉＯＯＨ＋Ｈ+ ＋ｅ←（充電）／（放電）→Ｎｉ（ＯＨ）2 の反応がおこり、負極では ＭＨ←（充電）／（放電）→Ｈ+ ＋ｅ の反応がおこる。したがって、全反応式は ＮｉＯＯＨ＋ＭＨ←（充電）／（放電）→Ｎｉ（ＯＨ）2 ＋Ｍ であらわすことができる。
【００２２】さらに、アニオン伝導性の固体高分子電解
質を使用したニッケル水素電池の場合は、正極では ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2 Ｏ＋ｅ←（充電）／（放電）→Ｎｉ（ＯＨ）2 ＋ＯＨ- の反応がおこり、負極では、
ＭＨ＋ＯＨ- ←（充電）／（放電）→Ｍ＋Ｈ2 Ｏ＋ｅ の反応がおこる。したがって、全反応式は ＮｉＯＯＨ＋ＭＨ←（充電）／（放電）→Ｎｉ（ＯＨ）2 ＋Ｍ であらわすことができる。
質を使用したニッケル水素電池の場合は、正極では ＮｉＯＯＨ＋Ｈ2 Ｏ＋ｅ←（充電）／（放電）→Ｎｉ（ＯＨ）2 ＋ＯＨ- の反応がおこり、負極では、
ＭＨ＋ＯＨ- ←（充電）／（放電）→Ｍ＋Ｈ2 Ｏ＋ｅ の反応がおこる。したがって、全反応式は ＮｉＯＯＨ＋ＭＨ←（充電）／（放電）→Ｎｉ（ＯＨ）2 ＋Ｍ であらわすことができる。
【００２３】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００２４】［実施例１］ 二酸化マンガン粉末１００
部に対して、導電剤としてアセチレンブラック粉末２０
部を粉末の状態で充分混合したのち、２−プロパノール
と水との混合溶媒を適量加えて充分撹拌し、ペースト状
にした。このペーストに高分子電解質の溶液（米国アル
ドリッチケミカル社の商品名、Nafion溶液）を２０部添
加し、撹拌しながらペーストの粘度を調整した。このペ
ーストを１００メッシュのニッケル鋼に塗布したのち６
５℃で２時間乾燥して、正極板を作製した。
部に対して、導電剤としてアセチレンブラック粉末２０
部を粉末の状態で充分混合したのち、２−プロパノール
と水との混合溶媒を適量加えて充分撹拌し、ペースト状
にした。このペーストに高分子電解質の溶液（米国アル
ドリッチケミカル社の商品名、Nafion溶液）を２０部添
加し、撹拌しながらペーストの粘度を調整した。このペ
ーストを１００メッシュのニッケル鋼に塗布したのち６
５℃で２時間乾燥して、正極板を作製した。
【００２５】つぎに、水素吸蔵合金（ＬａＮｉ5 ）１０
０部に対して、上述の高分子電解質の溶液１０部、アク
リル−塩ビ製短繊維０．７部、ファーネスブラック１．
０部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．２
部、アクリル酸エステル・スチレン（ＡＳ）系ラッテク
ス１．０部および水２４．５部を混合してペーストを調
製し、これを１００メッシュのニッケル鋼に塗布したの
ち、６５℃で２時間乾燥して負極板を作製した。その
後、この負極板に水素ガスを供給して充電状態の負極板
にした。
０部に対して、上述の高分子電解質の溶液１０部、アク
リル−塩ビ製短繊維０．７部、ファーネスブラック１．
０部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．２
部、アクリル酸エステル・スチレン（ＡＳ）系ラッテク
ス１．０部および水２４．５部を混合してペーストを調
製し、これを１００メッシュのニッケル鋼に塗布したの
ち、６５℃で２時間乾燥して負極板を作製した。その
後、この負極板に水素ガスを供給して充電状態の負極板
にした。
【００２６】つぎに、これらの正極板、負極板および固
体高分子電解質（米国デュポン社のカチオン交換膜、商
品名、ナフィオン膜）とを組み合わせて電池を構成し
た。このとき、正極板、負極板および固体高分子電解質
とを積層してホットプレスを施すことが、構成材料間の
接触界面における電気抵抗低減等により、電池特性の改
善に効果的である。
体高分子電解質（米国デュポン社のカチオン交換膜、商
品名、ナフィオン膜）とを組み合わせて電池を構成し
た。このとき、正極板、負極板および固体高分子電解質
とを積層してホットプレスを施すことが、構成材料間の
接触界面における電気抵抗低減等により、電池特性の改
善に効果的である。
【００２７】その後、精製水２ｍｌを加えて固体高分子
電解質にその一部を保持させ、厚さ０．２ｍｍのニッケ
ルメッキした鉄ケースを使用して、外径寸法４８ｍｍ×
１６．４ｍｍ×５．６ｍｍの公称容量９００ｍＡｈの本
発明による角型二酸化マンガン水素電池（Ａ）を得た。
電解質にその一部を保持させ、厚さ０．２ｍｍのニッケ
ルメッキした鉄ケースを使用して、外径寸法４８ｍｍ×
１６．４ｍｍ×５．６ｍｍの公称容量９００ｍＡｈの本
発明による角型二酸化マンガン水素電池（Ａ）を得た。
【００２８】［実施例２］二酸化マンガン粉末１００部
に対して、導電剤としてアセチレンブラック粉末２０部
を粉末の状態で充分混合したのち、２−プロパノールと
水との混合溶媒を適量加えて充分撹拌し、ペースト状に
する。このペーストに高分子電解質の溶液（米国アルド
リッチケミカル社の商品名、Nafion溶液）を２０部添加
し、撹拌しながらペーストの粘度を調整する。次に、ス
プレーを用いて、このペーストを固体高分子電解質（米
国デュポン社のカチオン交換膜、商品名、ナフィオン
膜）に直接塗布したのち、乾燥して正極−固体高分子電
解質の接合体を作製した。
に対して、導電剤としてアセチレンブラック粉末２０部
を粉末の状態で充分混合したのち、２−プロパノールと
水との混合溶媒を適量加えて充分撹拌し、ペースト状に
する。このペーストに高分子電解質の溶液（米国アルド
リッチケミカル社の商品名、Nafion溶液）を２０部添加
し、撹拌しながらペーストの粘度を調整する。次に、ス
プレーを用いて、このペーストを固体高分子電解質（米
国デュポン社のカチオン交換膜、商品名、ナフィオン
膜）に直接塗布したのち、乾燥して正極−固体高分子電
解質の接合体を作製した。
【００２９】つぎに、水素吸蔵合金（ＬａＮｉ5 ）１０
０部に対して、上述の高分子電解質の溶液１０部、アク
リル−塩ビ製短繊維０．７部、ファーネスブラック１．
０部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．２
部、アクリル酸エステル・スチレン（ＡＳ）系ラッテク
ス１．０部および水２４．５部を混合してペーストを調
製し、これを１００メッシュのニッケル鋼に塗布したの
ち、６５℃で２時間乾燥して、負極板を作製した。その
後、この負極板に水素ガスを供給して充電状態の負極板
にした。
０部に対して、上述の高分子電解質の溶液１０部、アク
リル−塩ビ製短繊維０．７部、ファーネスブラック１．
０部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．２
部、アクリル酸エステル・スチレン（ＡＳ）系ラッテク
ス１．０部および水２４．５部を混合してペーストを調
製し、これを１００メッシュのニッケル鋼に塗布したの
ち、６５℃で２時間乾燥して、負極板を作製した。その
後、この負極板に水素ガスを供給して充電状態の負極板
にした。
【００３０】つぎに、これらの作製した正極−固体高分
子電解質の接合体と負極板とを組み合わせて電池を構成
した。このとき、正極−固体高分子電解質の接合体と負
極板とを積層してホットプレスを施すことが、前述の通
り電池特性の改善に効果的である。
子電解質の接合体と負極板とを組み合わせて電池を構成
した。このとき、正極−固体高分子電解質の接合体と負
極板とを積層してホットプレスを施すことが、前述の通
り電池特性の改善に効果的である。
【００３１】その後、精製水を２ｍｌ加えて固体高分子
電解質にその一部を保持させ、実施例１と同様の構成、
同一容量の本発明による角型二酸化マンガン水素電池
（Ｂ）を得た。
電解質にその一部を保持させ、実施例１と同様の構成、
同一容量の本発明による角型二酸化マンガン水素電池
（Ｂ）を得た。
【００３２】［実施例３］水酸化ニッケル粉末１００部
に対して、導電剤としてアセチレンブラック粉末２０部
を粉末の状態で充分混合したのち、２−プロパノールと
水との混合溶媒を適量加えて充分撹拌し、ペースト状に
する。このペーストに高分子電解質の粉末（オルガノ社
の商品名、アンバーライトIRA-400 ）１５部と結着剤
（三井デュポン・フロロケミカル社のディスパージョン
テフロン、商品名、３０−Ｊ）３部とを添加し、撹拌し
ながらペーストの粘度を調整する。このペーストを１０
０メッシュのニッケル鋼に塗布して６５℃乾燥し、正極
板を作製した。
に対して、導電剤としてアセチレンブラック粉末２０部
を粉末の状態で充分混合したのち、２−プロパノールと
水との混合溶媒を適量加えて充分撹拌し、ペースト状に
する。このペーストに高分子電解質の粉末（オルガノ社
の商品名、アンバーライトIRA-400 ）１５部と結着剤
（三井デュポン・フロロケミカル社のディスパージョン
テフロン、商品名、３０−Ｊ）３部とを添加し、撹拌し
ながらペーストの粘度を調整する。このペーストを１０
０メッシュのニッケル鋼に塗布して６５℃乾燥し、正極
板を作製した。
【００３３】つぎに、水素吸蔵合金１００部（ＬａＮｉ
5 ）に対して、上述の高分子電解質粉末１０部、アクリ
ル−塩ビ製短繊維０．７部、ファーネスブラック１．０
部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．２部、
アクリル酸エステル・スチレン（ＡＳ）系ラッテクス
１．０部および水２４．５部を混合してペーストを調製
し、これを１００メッシュのニッケル鋼に塗布したあ
と、６５℃で２時間乾燥して作製した。その後、この負
極板に水素ガスを供給して、充電状態の負極板にした。
5 ）に対して、上述の高分子電解質粉末１０部、アクリ
ル−塩ビ製短繊維０．７部、ファーネスブラック１．０
部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．２部、
アクリル酸エステル・スチレン（ＡＳ）系ラッテクス
１．０部および水２４．５部を混合してペーストを調製
し、これを１００メッシュのニッケル鋼に塗布したあ
と、６５℃で２時間乾燥して作製した。その後、この負
極板に水素ガスを供給して、充電状態の負極板にした。
【００３４】つぎに、これらの作製した正極板、負極板
および固体高分子電解質（旭硝子社のアニオン交換膜、
商品名、セレミオン膜）を組み合わせて電池を構成し
た。このとき、正極板、負極板および固体高分子電解質
を積層してホットプレスを施すことが、前述の通り電池
特性の改善に効果的である。
および固体高分子電解質（旭硝子社のアニオン交換膜、
商品名、セレミオン膜）を組み合わせて電池を構成し
た。このとき、正極板、負極板および固体高分子電解質
を積層してホットプレスを施すことが、前述の通り電池
特性の改善に効果的である。
【００３５】その後、精製水を２ｍｌ加えて固体高分子
電解質にその一部を保持させ、実施例１と同様の構成、
同一容量の本発明による角型ニッケル水素電池（Ｃ）を
得た。
電解質にその一部を保持させ、実施例１と同様の構成、
同一容量の本発明による角型ニッケル水素電池（Ｃ）を
得た。
【００３６】［実施例４］水酸化ニッケル粉末１００部
に対して、導電剤としてアセチレンブラック粉末２０部
を粉末の状態で充分混合したのち、２−プロパノールと
水との混合溶媒を適量加え、充分撹拌してペースト状に
する。このペーストに高分子電解質の粉末（オルガノ社
の商品名、アンバーライトIRA-400 ）２０部と結着剤
（三井デュポン・フロロケミカル社のディスパージョン
テフロン、商品名、３０−Ｊ）３部とを添加して、撹拌
しながらペーストの粘度を調整する。次に、スプレーを
用いてこのペーストを固体高分子電解質（旭硝子社のア
ニオン交換膜、商品名、セレミオン膜）に直接塗布した
のち、６５℃で２時間乾燥して正極−固体高分子電解質
の接合体を作製した。
に対して、導電剤としてアセチレンブラック粉末２０部
を粉末の状態で充分混合したのち、２−プロパノールと
水との混合溶媒を適量加え、充分撹拌してペースト状に
する。このペーストに高分子電解質の粉末（オルガノ社
の商品名、アンバーライトIRA-400 ）２０部と結着剤
（三井デュポン・フロロケミカル社のディスパージョン
テフロン、商品名、３０−Ｊ）３部とを添加して、撹拌
しながらペーストの粘度を調整する。次に、スプレーを
用いてこのペーストを固体高分子電解質（旭硝子社のア
ニオン交換膜、商品名、セレミオン膜）に直接塗布した
のち、６５℃で２時間乾燥して正極−固体高分子電解質
の接合体を作製した。
【００３７】つぎに、水素吸蔵合金（ＬａＮｉ5 ）１０
０部に対して、上述の高分子電解質粉末１０部、アクリ
ル−塩ビ製短繊維０．７部、ファーネスブラック１．０
部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．２部、
アクリル酸エステル・スチレン（ＡＳ）系ラッテクス
１．０部および水２４．５部を混合してペーストを調製
して、これを１００メッシュのニッケル鋼に塗布したの
ち、６５℃で２時間乾燥して負極板を作製した。その
後、この負極板に水素ガスを供給して充電状態の負極板
にした。
０部に対して、上述の高分子電解質粉末１０部、アクリ
ル−塩ビ製短繊維０．７部、ファーネスブラック１．０
部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．２部、
アクリル酸エステル・スチレン（ＡＳ）系ラッテクス
１．０部および水２４．５部を混合してペーストを調製
して、これを１００メッシュのニッケル鋼に塗布したの
ち、６５℃で２時間乾燥して負極板を作製した。その
後、この負極板に水素ガスを供給して充電状態の負極板
にした。
【００３８】つぎに、これらの正極−固体高分子電解質
の接合体と負極板とを組み合わせて電池を構成した。こ
のとき、正極−固体高分子電解質の接合体と負極板とを
積層してホットプレスを施すことが、前述の通り電池特
性の改善に効果的である。
の接合体と負極板とを組み合わせて電池を構成した。こ
のとき、正極−固体高分子電解質の接合体と負極板とを
積層してホットプレスを施すことが、前述の通り電池特
性の改善に効果的である。
【００３９】その後、精製水を２ｍｌ加えて固体高分子
電解質にその一部を保持させ、実施例１と同様の構成、
同一容量の本発明による角型ニッケル水素電池（Ｄ）を
得た。
電解質にその一部を保持させ、実施例１と同様の構成、
同一容量の本発明による角型ニッケル水素電池（Ｄ）を
得た。
【００４０】本発明による電池（Ａ）を、２０℃、０．
１Ｃの電流で、端子電圧が０．４Ｖまで放電した。その
放電特性を図１に示す。図１より、本発明による二酸化
マンガン水素電池（Ａ）は、良好な放電特性を示すこと
がわかる。また、電池（Ａ）と作製方法の異なる正極を
用いた本発明による電池（Ｂ）は、電池（Ａ）と同様に
良好な放電特性を示した。
１Ｃの電流で、端子電圧が０．４Ｖまで放電した。その
放電特性を図１に示す。図１より、本発明による二酸化
マンガン水素電池（Ａ）は、良好な放電特性を示すこと
がわかる。また、電池（Ａ）と作製方法の異なる正極を
用いた本発明による電池（Ｂ）は、電池（Ａ）と同様に
良好な放電特性を示した。
【００４１】本発明によるニッケル水素電池（Ｃ）を２
０℃、０．１Ｃの電流で１２時間充電したのち、同じ電
流で端子電圧が０．４Ｖまで放電した。その放電特性を
図２に示す。図２より本発明による電池（Ｃ）は、良好
な放電特性を示すことがわかる。
０℃、０．１Ｃの電流で１２時間充電したのち、同じ電
流で端子電圧が０．４Ｖまで放電した。その放電特性を
図２に示す。図２より本発明による電池（Ｃ）は、良好
な放電特性を示すことがわかる。
【００４２】また、２０℃、０．１Ｃの電流で１２時間
充電したのち、０．２Ｃの電流で端子電圧が０．８Ｖま
で放電する条件で充放電を繰り返したとき、１サイクル
目の放電容量を１００として、本発明による電池（Ｃ）
の放電容量の推移を図３に示す。図３より、この電池
（Ｃ）は良好なサイクル特性を示すことがわかる。ま
た、本発明による電池（Ｄ）は、本発明による電池
（Ｃ）と同様に良好な放電特性およびサイクル特性を示
した。
充電したのち、０．２Ｃの電流で端子電圧が０．８Ｖま
で放電する条件で充放電を繰り返したとき、１サイクル
目の放電容量を１００として、本発明による電池（Ｃ）
の放電容量の推移を図３に示す。図３より、この電池
（Ｃ）は良好なサイクル特性を示すことがわかる。ま
た、本発明による電池（Ｄ）は、本発明による電池
（Ｃ）と同様に良好な放電特性およびサイクル特性を示
した。
【００４３】本発明による電池（Ｃ）を用いて、２０
℃、０．２Ｃで２０時間過充電試験をおこなったが、液
漏れの問題は発生しなかった。
℃、０．２Ｃで２０時間過充電試験をおこなったが、液
漏れの問題は発生しなかった。
【００４４】本発明の実施例１および実施例３では、正
極板の作製に１００メッシュのニッケル鋼を用いた場合
を説明したが、このニッケル鋼の他に、発泡ニッケルや
カーボンペーパーなどの基体を用いることも可能であ
る。
極板の作製に１００メッシュのニッケル鋼を用いた場合
を説明したが、このニッケル鋼の他に、発泡ニッケルや
カーボンペーパーなどの基体を用いることも可能であ
る。
【００４５】本発明の実施例２および実施例４では、イ
オン交換膜へ正極活物質の塗布方法としてスプレーを用
いた場合を説明したが、ハケ塗りやスクリーン印刷法な
どその他の塗布方法を用いることも可能である。
オン交換膜へ正極活物質の塗布方法としてスプレーを用
いた場合を説明したが、ハケ塗りやスクリーン印刷法な
どその他の塗布方法を用いることも可能である。
【００４６】実施例では、電池を組み立てるとき精製水
を加えてその一部を固体高分子電解質に保持させたが、
精製水の代わりに水溶液系の電解液を保持させてもよ
い。例えば実施例３および実施例４では、精製水の代わ
りに水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性に水溶液を
加えて、その一部を固体高分子電解質に保持させて用い
ることも可能である。
を加えてその一部を固体高分子電解質に保持させたが、
精製水の代わりに水溶液系の電解液を保持させてもよ
い。例えば実施例３および実施例４では、精製水の代わ
りに水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性に水溶液を
加えて、その一部を固体高分子電解質に保持させて用い
ることも可能である。
【００４７】上記実施例では、いずれの負極にも固体高
分子電解質を含ませているが、必ずしもこれに限定され
るものではなく、固体高分子電解質なしの負極でもよ
い。なお、正極や負極に固体高分子電解質を含有させる
方法としては、本発明の実施例１から実施例４で説明し
た他に、固体高分子電解質を含まない正極や負極に固体
高分子電解質の溶液を塗布または含浸することにより、
これらの電極内部に固体高分子電解質のネットワークを
形成することも可能である。
分子電解質を含ませているが、必ずしもこれに限定され
るものではなく、固体高分子電解質なしの負極でもよ
い。なお、正極や負極に固体高分子電解質を含有させる
方法としては、本発明の実施例１から実施例４で説明し
た他に、固体高分子電解質を含まない正極や負極に固体
高分子電解質の溶液を塗布または含浸することにより、
これらの電極内部に固体高分子電解質のネットワークを
形成することも可能である。
【００４８】実施例１から実施例４の電池は、いずれも
イオン交換樹脂を含有している正極板および負極板を使
用しているが、比較のためにイオン交換樹脂を含有して
いない正極板および負極板を使用した電池の充放電特性
を測定した。
イオン交換樹脂を含有している正極板および負極板を使
用しているが、比較のためにイオン交換樹脂を含有して
いない正極板および負極板を使用した電池の充放電特性
を測定した。
【００４９】比較電池の基本的な電極板の製法は実施例
３と同様であり、水酸化ニッケル粉末１００部に対し
て、導電剤としてアセチレンブラック粉末２０部を粉末
の状態で混合したのち、２−プロパノールと水との混合
溶媒を適量加えて充分撹拌してから結着剤（３０−Ｊ）
を３部添加してペーストを調製した。このペーストを１
００ッシュのニッケル鋼に塗布したのち、６５℃で２時
間乾燥して正極板を作製した。
３と同様であり、水酸化ニッケル粉末１００部に対し
て、導電剤としてアセチレンブラック粉末２０部を粉末
の状態で混合したのち、２−プロパノールと水との混合
溶媒を適量加えて充分撹拌してから結着剤（３０−Ｊ）
を３部添加してペーストを調製した。このペーストを１
００ッシュのニッケル鋼に塗布したのち、６５℃で２時
間乾燥して正極板を作製した。
【００５０】つぎに、水素吸蔵合金（ＬａＮｉ5 ）１０
０部に対して、アクリル−塩ビ製短繊維０．７部、ファ
ーネスブラック１．０部、カルボキシメチルセルロース
（ＣＭＣ）０．２部、アクリル酸エステル・スチレン
（ＡＳ）系ラッテクス１．０部および水２４．５部を混
合してペーストを調製し、これを１００メッシュのニッ
ケル鋼に塗布したのち、６５℃で２時間乾燥して負極板
を作製した。その後、この負極板に水素ガスを供給して
充電状態の負極板にした。
０部に対して、アクリル−塩ビ製短繊維０．７部、ファ
ーネスブラック１．０部、カルボキシメチルセルロース
（ＣＭＣ）０．２部、アクリル酸エステル・スチレン
（ＡＳ）系ラッテクス１．０部および水２４．５部を混
合してペーストを調製し、これを１００メッシュのニッ
ケル鋼に塗布したのち、６５℃で２時間乾燥して負極板
を作製した。その後、この負極板に水素ガスを供給して
充電状態の負極板にした。
【００５１】つぎに、これらの正極板、負極板および固
体高分子電解質（旭硝子社のアニオン交換膜、商品名、
セレミオン膜）とを組み合わせて電池を構成した。その
後、精製水を２ｍｌ加えて固体高分子電解質にその一部
を保持させ、極板に固体高分子電解質を含有しない以外
は実施例１と同様の構成、同一容量の角型ニッケル水素
電池（Ｅ）を得た。
体高分子電解質（旭硝子社のアニオン交換膜、商品名、
セレミオン膜）とを組み合わせて電池を構成した。その
後、精製水を２ｍｌ加えて固体高分子電解質にその一部
を保持させ、極板に固体高分子電解質を含有しない以外
は実施例１と同様の構成、同一容量の角型ニッケル水素
電池（Ｅ）を得た。
【００５２】このようにして作製した電池（Ｅ）を２０
℃、０．１Ｃの電流で１２時間充電したのち、同じ電流
で端子電圧が０．４Ｖまで放電した。電池（Ｅ）と本発
明による電池（Ｃ）の放電特性の比較を図４に示す。図
４より、電極中に固体高分子電解質を含有させることで
著しく放電容量が増大していることがわかる。
℃、０．１Ｃの電流で１２時間充電したのち、同じ電流
で端子電圧が０．４Ｖまで放電した。電池（Ｅ）と本発
明による電池（Ｃ）の放電特性の比較を図４に示す。図
４より、電極中に固体高分子電解質を含有させることで
著しく放電容量が増大していることがわかる。
【００５３】また、別途おこなった試験の結果、極板に
固体高分子電解質を含有しない以外は実施例１、２、及
び４と同様の構成、同一容量の角型水素電池についても
上記と同様の結果が得られた。
固体高分子電解質を含有しない以外は実施例１、２、及
び４と同様の構成、同一容量の角型水素電池についても
上記と同様の結果が得られた。
【００５４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明にかかる固体
高分子電解質を備えた金属水素化物二次電池は、二酸化
マンガンと固体高分子電解質とを含有した正極もしくは
水酸化ニッケルと固体高分子電解質とを含有した正極
と、水素吸蔵合金を主体とする負極と、固体高分子電解
質よりなるセパレータとを備えたことを特徴とする。
高分子電解質を備えた金属水素化物二次電池は、二酸化
マンガンと固体高分子電解質とを含有した正極もしくは
水酸化ニッケルと固体高分子電解質とを含有した正極
と、水素吸蔵合金を主体とする負極と、固体高分子電解
質よりなるセパレータとを備えたことを特徴とする。
【００５５】固体高分子電解質を正極活物質中に含有さ
せることにより、その電解質のネットワークが形成され
イオンの移動経路ができ、電極内部まで電極反応サイト
が三次元的に拡大し、液体の電解質が浸透するのと同様
の効果を示す。これにより、正極内部の活物質も充放電
に十分関与することでき正極活物質の利用率が向上し、
充放電容量が著しく向上して電池特性が改善される。
せることにより、その電解質のネットワークが形成され
イオンの移動経路ができ、電極内部まで電極反応サイト
が三次元的に拡大し、液体の電解質が浸透するのと同様
の効果を示す。これにより、正極内部の活物質も充放電
に十分関与することでき正極活物質の利用率が向上し、
充放電容量が著しく向上して電池特性が改善される。
【００５６】しかも、高分子固体電解質セパレータによ
れば、従来のポリプロピレンやポリアミドセパレータに
比べ高エネルギー密度化が図れるとともに、電池容器内
の流動電解液を無くすることができるので耐漏液性能が
改善される。
れば、従来のポリプロピレンやポリアミドセパレータに
比べ高エネルギー密度化が図れるとともに、電池容器内
の流動電解液を無くすることができるので耐漏液性能が
改善される。
【００５７】これにより、容積効率及び耐漏液性能にす
ぐれた固体高分子電解質を備え、しかも正極活物質の利
用率が改良された、金属水素化物二次電池を提供するこ
とができる。
ぐれた固体高分子電解質を備え、しかも正極活物質の利
用率が改良された、金属水素化物二次電池を提供するこ
とができる。
【００５８】
【００５９】
【図１】本発明による二酸化マンガン水素電池（Ａ）の
放電特性を示した図。
放電特性を示した図。
【００６０】
【図２】本発明によるニッケル水素電池（Ｃ）の放電特
性を示した図。
性を示した図。
【００６１】
【図３】本発明によるニッケル・水素電池（Ｃ）の充放
電サイクルにともなう放電容量の変化を１サイクル目の
放電容量を１００として示した図。
電サイクルにともなう放電容量の変化を１サイクル目の
放電容量を１００として示した図。
【００６２】
【図４】本発明によるニッケル・水素電池（Ｃ）および
正極板に固体高分子電解質を含有しないニッケル・水素
電池（Ｅ）の放電特性の比較を示した図。
正極板に固体高分子電解質を含有しないニッケル・水素
電池（Ｅ）の放電特性の比較を示した図。
Claims (1)
- 【請求項１】 二酸化マンガンと固体高分子電解質とを
含有した正極もしくは水酸化ニッケルと固体高分子電解
質とを含有した正極と、水素吸蔵合金を主体とする負極
と、固体高分子電解質よりなるセパレータとを備えたこ
とを特徴とする、固体高分子電解質を備えた金属水素化
物二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14958095A JP3959749B2 (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 固体高分子電解質を備えた金属水素化物二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14958095A JP3959749B2 (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 固体高分子電解質を備えた金属水素化物二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08321322A true JPH08321322A (ja) | 1996-12-03 |
| JP3959749B2 JP3959749B2 (ja) | 2007-08-15 |
Family
ID=15478310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14958095A Expired - Fee Related JP3959749B2 (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 固体高分子電解質を備えた金属水素化物二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3959749B2 (ja) |
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| US8012621B2 (en) * | 2007-11-26 | 2011-09-06 | Ceramatec, Inc. | Nickel-metal hydride battery using alkali ion conducting separator |
| WO2012061823A2 (en) * | 2010-11-05 | 2012-05-10 | Ceramatec, Inc. | Low temperature molten sodium secondary cell with sodium ion conductive electrolyte membrane |
| US8216722B2 (en) | 2007-11-27 | 2012-07-10 | Ceramatec, Inc. | Solid electrolyte for alkali-metal-ion batteries |
| US8859141B2 (en) | 2009-11-05 | 2014-10-14 | Ceramatec, Inc. | Solid-state sodium-based secondary cell having a sodium ion conductive ceramic separator |
| US9209445B2 (en) | 2007-11-26 | 2015-12-08 | Ceramatec, Inc. | Nickel-metal hydride/hydrogen hybrid battery using alkali ion conducting separator |
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| US10020543B2 (en) | 2010-11-05 | 2018-07-10 | Field Upgrading Usa, Inc. | Low temperature battery with molten sodium-FSA electrolyte |
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| US10170798B2 (en) | 2010-12-01 | 2019-01-01 | Field Upgrading Usa, Inc. | Moderate temperature sodium battery |
| US10224577B2 (en) | 2011-11-07 | 2019-03-05 | Field Upgrading Usa, Inc. | Battery charge transfer mechanisms |
| US10320033B2 (en) | 2008-01-30 | 2019-06-11 | Enlighten Innovations Inc. | Alkali metal ion battery using alkali metal conductive ceramic separator |
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| WO2022145033A1 (ja) * | 2020-12-29 | 2022-07-07 | カワサキモータース株式会社 | プロトン伝導型二次電池用正極活物質材料およびこれを備えるプロトン伝導型二次電池 |
| WO2022239205A1 (ja) * | 2021-05-13 | 2022-11-17 | カワサキモータース株式会社 | プロトン伝導型二次電池 |
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- 1995-05-24 JP JP14958095A patent/JP3959749B2/ja not_active Expired - Fee Related
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