JPH08329979A - アルカリ蓄電池 - Google Patents
アルカリ蓄電池Info
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- JPH08329979A JPH08329979A JP7137026A JP13702695A JPH08329979A JP H08329979 A JPH08329979 A JP H08329979A JP 7137026 A JP7137026 A JP 7137026A JP 13702695 A JP13702695 A JP 13702695A JP H08329979 A JPH08329979 A JP H08329979A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 パンチングメタルを基板とする極板を用い、
充放電サイクルによる短絡を起こさない長寿命のアルカ
リ蓄電池を提供する。 【構成】 少なくとも一方の極板がパンチングメタルを
基板とする極板で、そのサイズが、対極と異なり、かつ
極板のパンチング部分を切断した辺が対向する極板の辺
と重ならないように配置する。これにより、パンチング
部分の切断により生じた針状の突起が湾曲して、対極と
短絡することを防止する。
充放電サイクルによる短絡を起こさない長寿命のアルカ
リ蓄電池を提供する。 【構成】 少なくとも一方の極板がパンチングメタルを
基板とする極板で、そのサイズが、対極と異なり、かつ
極板のパンチング部分を切断した辺が対向する極板の辺
と重ならないように配置する。これにより、パンチング
部分の切断により生じた針状の突起が湾曲して、対極と
短絡することを防止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ蓄電池、特に
その極板構成の改良に関する。
その極板構成の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルカリ蓄電池は、鉛酸電池に比べ高エ
ネルギー密度であり、また密閉化が可能で長寿命である
ことから、移動体通信機器や小型オーディオ機器のよう
なポータブル機器に加えて、電動二輪車、電気自動車等
の移動用中容量電源としてもその利用分野がますます広
がっている。このアルカリ蓄電池の極板は、一部にはフ
ェルト状金属やスポンジ状金属のような三次元多孔性基
板に活物質を担持させたものが使われているが、パンチ
ングメタルのような二次元形状の基板に活物質を結着剤
で担持させたり、活物質を塗着後に焼結させるなどした
ものが主流である。これは、パンチングメタル基板が三
次元多孔性基板にくらべて安価で、また充填工法も多彩
であることに起因している。通常、パンチングメタル基
板を用いた極板は、活物質を充填後、プレス加工等を経
て極板サイズに切断される。その後、セパレータ、対極
とともに電槽内に挿入され、注液、封口されて電池とな
る。
ネルギー密度であり、また密閉化が可能で長寿命である
ことから、移動体通信機器や小型オーディオ機器のよう
なポータブル機器に加えて、電動二輪車、電気自動車等
の移動用中容量電源としてもその利用分野がますます広
がっている。このアルカリ蓄電池の極板は、一部にはフ
ェルト状金属やスポンジ状金属のような三次元多孔性基
板に活物質を担持させたものが使われているが、パンチ
ングメタルのような二次元形状の基板に活物質を結着剤
で担持させたり、活物質を塗着後に焼結させるなどした
ものが主流である。これは、パンチングメタル基板が三
次元多孔性基板にくらべて安価で、また充填工法も多彩
であることに起因している。通常、パンチングメタル基
板を用いた極板は、活物質を充填後、プレス加工等を経
て極板サイズに切断される。その後、セパレータ、対極
とともに電槽内に挿入され、注液、封口されて電池とな
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】通常のパンチングメタ
ルを基板に用いた場合、極めて複雑で特殊な工法を用い
ない限りは、切断面がパンチ孔にかかり、針状の突起を
形成してしまう。この突起は、活物質が基板にしっかり
と結着している状態では活物質に被われ、極板面と平行
な方向を向いているため特に問題とはならない。しか
し、突起周囲の活物質が結着剤の膨潤や活物質粒子自身
の膨張収縮により脱落した場合、突起は極板面と垂直な
方向に屈曲や湾曲してセパレータを突き破り対極と短絡
してしまう。このような短絡は、電池構成直後には現わ
れず、一定回数の充放電サイクルを行った後に発生する
ため、事前に確認することが難しく、電池の信頼性を大
きく低下させる原因となっている。
ルを基板に用いた場合、極めて複雑で特殊な工法を用い
ない限りは、切断面がパンチ孔にかかり、針状の突起を
形成してしまう。この突起は、活物質が基板にしっかり
と結着している状態では活物質に被われ、極板面と平行
な方向を向いているため特に問題とはならない。しか
し、突起周囲の活物質が結着剤の膨潤や活物質粒子自身
の膨張収縮により脱落した場合、突起は極板面と垂直な
方向に屈曲や湾曲してセパレータを突き破り対極と短絡
してしまう。このような短絡は、電池構成直後には現わ
れず、一定回数の充放電サイクルを行った後に発生する
ため、事前に確認することが難しく、電池の信頼性を大
きく低下させる原因となっている。
【０００４】この対策としては、結着剤の量を増量した
り、セパレータに強固なものや厚いものを使用したりす
るなどの方法が取られているが、これらの方法はいずれ
も電池の極板間の抵抗値を増加させるものであり、結果
として電池の放電特性を低下させてしまう。本発明は、
上記課題に鑑み、パンチングメタル基板を用いた極板に
より構成される電池において、極板断面の基板突起によ
る短絡を起こさない電池を提供することを目的とする。
り、セパレータに強固なものや厚いものを使用したりす
るなどの方法が取られているが、これらの方法はいずれ
も電池の極板間の抵抗値を増加させるものであり、結果
として電池の放電特性を低下させてしまう。本発明は、
上記課題に鑑み、パンチングメタル基板を用いた極板に
より構成される電池において、極板断面の基板突起によ
る短絡を起こさない電池を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のアルカリ蓄電池
は、正極板、負極板、両極板を隔離するセパレータ、お
よびアルカリ電解液を具備し、少なくとも一方の極板が
パンチングメタル基板に活物質を塗着して構成され、い
ずれか一方の極板が他方の極板より大きく、かつパンチ
ングメタル基板を有する極板のパンチング部分を切断し
た辺が対向する極板の辺と重ならないように配置したも
のである。また、負極は、水素吸蔵合金を主とする活物
質混合物をパンチングメタルに塗着してなる構成を有す
る。さらに、複数の正極と複数の負極がセパレータを介
して積層され、角型電槽に挿入されている構成を有す
る。
は、正極板、負極板、両極板を隔離するセパレータ、お
よびアルカリ電解液を具備し、少なくとも一方の極板が
パンチングメタル基板に活物質を塗着して構成され、い
ずれか一方の極板が他方の極板より大きく、かつパンチ
ングメタル基板を有する極板のパンチング部分を切断し
た辺が対向する極板の辺と重ならないように配置したも
のである。また、負極は、水素吸蔵合金を主とする活物
質混合物をパンチングメタルに塗着してなる構成を有す
る。さらに、複数の正極と複数の負極がセパレータを介
して積層され、角型電槽に挿入されている構成を有す
る。
【０００６】
【作用】上記の構成により、極板断面の基板突起による
短絡を効果的になくすことができる。まず、パンチング
メタル基板に活物質が塗着されてなる極板が、セパレー
タを介して隣接する対極より小さく、かつパンチングメ
タル基板のパンチング部分を切断した辺が対極と重なら
ない構成においては、次のようにして短絡を防ぐことが
できる。すなわち、パンチングメタル基板のパンチング
部分を切断した辺の周辺にある活物質は、セパレータを
介した対極により圧迫されるので、充放電の繰り返しで
活物質自身の膨張収縮による脱落や結着剤の能力低下に
よる脱落を起こすことがより抑制され、結果としてパン
チング部分を切断した辺上の突起が極板面と垂直な方向
に屈曲や湾曲してセパレータを突き破り対極と短絡する
ことを防ぐことができる。
短絡を効果的になくすことができる。まず、パンチング
メタル基板に活物質が塗着されてなる極板が、セパレー
タを介して隣接する対極より小さく、かつパンチングメ
タル基板のパンチング部分を切断した辺が対極と重なら
ない構成においては、次のようにして短絡を防ぐことが
できる。すなわち、パンチングメタル基板のパンチング
部分を切断した辺の周辺にある活物質は、セパレータを
介した対極により圧迫されるので、充放電の繰り返しで
活物質自身の膨張収縮による脱落や結着剤の能力低下に
よる脱落を起こすことがより抑制され、結果としてパン
チング部分を切断した辺上の突起が極板面と垂直な方向
に屈曲や湾曲してセパレータを突き破り対極と短絡する
ことを防ぐことができる。
【０００７】次に、パンチングメタル基板に活物質が塗
着されてなる極板が、セパレータを介して隣接する対極
より大きく、かつパンチングメタル基板のパンチング部
分を切断した辺が対極と重ならない構成においては、パ
ンチングメタル基板のパンチング部分を切断した辺の周
辺にある活物質は、充放電の繰り返しで活物質自身の膨
張収縮による脱落や、結着剤の能力低下による脱落を起
こし、パンチング部分を切断した辺上の突起が露出す
る。しかし、これが極板面と垂直な方向に屈曲や湾曲し
てセパレータを突き破っても、その位置には対極がない
ため、短絡を起こすことはない。
着されてなる極板が、セパレータを介して隣接する対極
より大きく、かつパンチングメタル基板のパンチング部
分を切断した辺が対極と重ならない構成においては、パ
ンチングメタル基板のパンチング部分を切断した辺の周
辺にある活物質は、充放電の繰り返しで活物質自身の膨
張収縮による脱落や、結着剤の能力低下による脱落を起
こし、パンチング部分を切断した辺上の突起が露出す
る。しかし、これが極板面と垂直な方向に屈曲や湾曲し
てセパレータを突き破っても、その位置には対極がない
ため、短絡を起こすことはない。
【０００８】また、水素吸蔵合金を主体とする活物質混
合物をパンチングメタルに塗着してなる負極の場合、水
素吸蔵合金は、充放電による水素の吸蔵放出サイクルに
より粒子が微粉化する特徴を有する。このため、極板の
切断面からの活物質の脱落は、カドミウム負極や亜鉛負
極よりさらに激しい。本発明によれば、前記の作用によ
り、活物質の脱落が抑制されるか、または、活物質脱落
後のパンチング部分を切断した辺上の突起による短絡が
防止されるため、短絡防止の効果はより大きい。さら
に、電池の構成が複数の正極と複数の負極を積層された
ものであり、かつ電槽の形状が角型であるアルカリ蓄電
池の場合、パンチング部分を切断した辺の総延長が非常
に大きく、特にパンチング部分を切断した突起が顕著と
なるコーナー部分が多いため、短絡防止の効果は非常に
大きい。
合物をパンチングメタルに塗着してなる負極の場合、水
素吸蔵合金は、充放電による水素の吸蔵放出サイクルに
より粒子が微粉化する特徴を有する。このため、極板の
切断面からの活物質の脱落は、カドミウム負極や亜鉛負
極よりさらに激しい。本発明によれば、前記の作用によ
り、活物質の脱落が抑制されるか、または、活物質脱落
後のパンチング部分を切断した辺上の突起による短絡が
防止されるため、短絡防止の効果はより大きい。さら
に、電池の構成が複数の正極と複数の負極を積層された
ものであり、かつ電槽の形状が角型であるアルカリ蓄電
池の場合、パンチング部分を切断した辺の総延長が非常
に大きく、特にパンチング部分を切断した突起が顕著と
なるコーナー部分が多いため、短絡防止の効果は非常に
大きい。
【０００９】
【実施例】以下、本発明をその実施例によりさらに詳し
く説明する。正極は、水酸化ニッケルを主体とする活物
質混合物に水を加えてペーストとし、これを多孔度９５
％、面密度６００ｇ／ｍ2のスポンジ状ニッケル基板に
充填し乾燥後、厚さ１ｍｍに加圧成形し、大きさ９０×
１００ｍｍに切断して作製した。この極板の充填密度は
約６００ｍＡｈ／ｃｃで、容量は５．４Ａｈであった。
負極は、粒径１００μｍ以下に粉砕したＭｍＮｉ5型の
水素吸蔵合金にスチレンブタジエンゴムのエマルジョン
と水を加えてペーストとし、厚さ１００μｍ、孔径２ｍ
ｍ、開口率４０％のニッケルパンチングメタル基板に塗
着し、乾燥後、厚さ０．８ｍｍに加圧成形して作製し
た。この極板の容量密度は１３００ｍＡｈ／ｃｃであっ
た。これを大きさ１００×１０５ｍｍに切断したものを
負極ａ、８５×９５ｍｍに切断したものを負極ｂ、９０
×１００ｍｍに切断したものを比較例の負極ｃとする。
各々の極板の容量は、ａが１０．９Ａｈ、ｂが８．４Ａ
ｈ、ｃが９．４Ａｈであった。
く説明する。正極は、水酸化ニッケルを主体とする活物
質混合物に水を加えてペーストとし、これを多孔度９５
％、面密度６００ｇ／ｍ2のスポンジ状ニッケル基板に
充填し乾燥後、厚さ１ｍｍに加圧成形し、大きさ９０×
１００ｍｍに切断して作製した。この極板の充填密度は
約６００ｍＡｈ／ｃｃで、容量は５．４Ａｈであった。
負極は、粒径１００μｍ以下に粉砕したＭｍＮｉ5型の
水素吸蔵合金にスチレンブタジエンゴムのエマルジョン
と水を加えてペーストとし、厚さ１００μｍ、孔径２ｍ
ｍ、開口率４０％のニッケルパンチングメタル基板に塗
着し、乾燥後、厚さ０．８ｍｍに加圧成形して作製し
た。この極板の容量密度は１３００ｍＡｈ／ｃｃであっ
た。これを大きさ１００×１０５ｍｍに切断したものを
負極ａ、８５×９５ｍｍに切断したものを負極ｂ、９０
×１００ｍｍに切断したものを比較例の負極ｃとする。
各々の極板の容量は、ａが１０．９Ａｈ、ｂが８．４Ａ
ｈ、ｃが９．４Ａｈであった。
【００１０】上記のようにして作製した正・負極板にそ
れぞれニッケル集電体をスポット溶接した後、正極板１
０枚と負極板１１枚を、負極が最外側になるようにし
て、厚さ０．２ｍｍのセパレータを介して交互に重ね合
わせて積層し、極板群を形成した。この際、負極ａを用
いた極板群は、図１のように、負極板１の各辺の全て
が、対向する正極板４の辺の２ｍｍ以上外側に位置する
ように配置しながら積層した。このとき、パンチングメ
タル基板のパンチング孔２部分にかかった切断箇所に生
じた針状の突起３は湾曲、屈曲しても対極と接触しない
位置にある。負極板ｂを用いた極板群は、同様に負極板
の各辺の全てが、対向する正極板の辺の２ｍｍ以上内側
に位置するように配置しながら積層した。従来構成の比
較例の負極板ｃは、負極板の各辺の全てが、対向する正
極板の辺と重なるように配置しながら積層した。
れぞれニッケル集電体をスポット溶接した後、正極板１
０枚と負極板１１枚を、負極が最外側になるようにし
て、厚さ０．２ｍｍのセパレータを介して交互に重ね合
わせて積層し、極板群を形成した。この際、負極ａを用
いた極板群は、図１のように、負極板１の各辺の全て
が、対向する正極板４の辺の２ｍｍ以上外側に位置する
ように配置しながら積層した。このとき、パンチングメ
タル基板のパンチング孔２部分にかかった切断箇所に生
じた針状の突起３は湾曲、屈曲しても対極と接触しない
位置にある。負極板ｂを用いた極板群は、同様に負極板
の各辺の全てが、対向する正極板の辺の２ｍｍ以上内側
に位置するように配置しながら積層した。従来構成の比
較例の負極板ｃは、負極板の各辺の全てが、対向する正
極板の辺と重なるように配置しながら積層した。
【００１１】集電体は正極板側、負極板側各々をニッケ
ル極柱にスポット溶接してこれを電極とした。これらの
極板群を内寸が高さ１５０ｍｍ、幅１２０ｍｍ、厚さ２
５ｍｍのポリプロピレン製の電槽に挿入し、電解液とし
て比重１．３ｇ／ｃｃの水酸化カリウム水溶液を１５０
ｃｃ注液した後、封口して密閉電池とした。負極ａ、ｂ
およびｃを用いた電池をそれぞれＡ、ＢおよびＣとし、
それぞれ１００個ずつ作製した。これらの電池のサイク
ル寿命試験を２５℃の環境下で行った。充放電の条件
は、２５Ａの電流で２．５時間充電し、０．５時間休止
の後、２５Ａの電流で電池電圧１Ｖまで放電し、０．５
時間休止して１サイクルとした。表１にサイクル寿命試
験における短絡電池数を示す。
ル極柱にスポット溶接してこれを電極とした。これらの
極板群を内寸が高さ１５０ｍｍ、幅１２０ｍｍ、厚さ２
５ｍｍのポリプロピレン製の電槽に挿入し、電解液とし
て比重１．３ｇ／ｃｃの水酸化カリウム水溶液を１５０
ｃｃ注液した後、封口して密閉電池とした。負極ａ、ｂ
およびｃを用いた電池をそれぞれＡ、ＢおよびＣとし、
それぞれ１００個ずつ作製した。これらの電池のサイク
ル寿命試験を２５℃の環境下で行った。充放電の条件
は、２５Ａの電流で２．５時間充電し、０．５時間休止
の後、２５Ａの電流で電池電圧１Ｖまで放電し、０．５
時間休止して１サイクルとした。表１にサイクル寿命試
験における短絡電池数を示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】電池Ａ、ＢおよびＣいずれにも注液直後の
短絡は観られなかった。しかしながら、比較例の電池Ｃ
においては、１００サイクル終了時点で３％の電池が短
絡し、２００サイクル終了時点では既に９％の電池が短
絡した。これらの電池を分解して短絡箇所を調べたとこ
ろ、いずれも負極のパンチングメタル基板の切断箇所に
生じた針状の突起が、湾曲してセパレータを貫通し、対
極に接触していることが判った。さらにサイクル試験を
進め、５００サイクル時点では、電池Ｃで３４％の電池
が短絡した。これらの電池も分解して短絡箇所を調べた
ところ、上記と同様の短絡原因であることが判った。一
方、実施例の電池ＡとＢにおいては、４００サイクルま
で短絡は全く発生せず、本発明による効果が極めて大き
いことが明かとなった。また、５００サイクル時点で電
池Ａが１個、Ｂが２個短絡した。これらの電池を分解し
て短絡箇所を調べたところ、極板が直接接触している部
分は確認されず、極板面中央付近のセパレータに微小短
絡による炭化が観られたことから、セパレータへの溶解
金属の析出による微小短絡が原因であることが判った。
即ち、パンチングメタル基板の切断面の突起による短絡
は完全に防止することができていた。
短絡は観られなかった。しかしながら、比較例の電池Ｃ
においては、１００サイクル終了時点で３％の電池が短
絡し、２００サイクル終了時点では既に９％の電池が短
絡した。これらの電池を分解して短絡箇所を調べたとこ
ろ、いずれも負極のパンチングメタル基板の切断箇所に
生じた針状の突起が、湾曲してセパレータを貫通し、対
極に接触していることが判った。さらにサイクル試験を
進め、５００サイクル時点では、電池Ｃで３４％の電池
が短絡した。これらの電池も分解して短絡箇所を調べた
ところ、上記と同様の短絡原因であることが判った。一
方、実施例の電池ＡとＢにおいては、４００サイクルま
で短絡は全く発生せず、本発明による効果が極めて大き
いことが明かとなった。また、５００サイクル時点で電
池Ａが１個、Ｂが２個短絡した。これらの電池を分解し
て短絡箇所を調べたところ、極板が直接接触している部
分は確認されず、極板面中央付近のセパレータに微小短
絡による炭化が観られたことから、セパレータへの溶解
金属の析出による微小短絡が原因であることが判った。
即ち、パンチングメタル基板の切断面の突起による短絡
は完全に防止することができていた。
【００１４】実施例においては、正極活物質に水酸化ニ
ッケル、負極活物質に水素吸蔵合金を用いた電池系で、
負極基板としてパンチングメタルを用いた場合について
説明したが、本発明は前記組み合わせに限られるもので
はなく、少なくとも一方の極板の基板としてパンチング
メタル基板を用いたアルカリ蓄電池全てにおいて同様の
作用により短絡防止を図ることができる。また、実施例
においては、正極と負極を複数枚積層した角型電池につ
いて説明したが、正極板、負極板各１枚をセパレータを
介して捲回し、円筒型の電槽に挿入した円筒型の電池に
おいても同様の作用により短絡防止を図ることができ
る。
ッケル、負極活物質に水素吸蔵合金を用いた電池系で、
負極基板としてパンチングメタルを用いた場合について
説明したが、本発明は前記組み合わせに限られるもので
はなく、少なくとも一方の極板の基板としてパンチング
メタル基板を用いたアルカリ蓄電池全てにおいて同様の
作用により短絡防止を図ることができる。また、実施例
においては、正極と負極を複数枚積層した角型電池につ
いて説明したが、正極板、負極板各１枚をセパレータを
介して捲回し、円筒型の電槽に挿入した円筒型の電池に
おいても同様の作用により短絡防止を図ることができ
る。
【００１５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、パンチ
ングメタルを基板とした極板を用いても、機械的強度の
大きなセパレータや大量の結着剤で活物質を固定して放
電特性を低下させることなく、充放電サイクルの繰り返
しによる短絡を起こさないアルカリ蓄電池を得ることが
できる。また、本発明の効果は、充放電サイクルにより
活物質自身が微粉化し極板からの活物質脱落が大きな問
題となる水素吸蔵合金をパンチングメタルに担持させた
負極板を用いたアルカリ蓄電池において顕著である。さ
らに、本発明の効果は、パンチング部分を切断した辺の
総延長が非常に大きく、特にパンチング部分を切断した
部分の針状の突起が顕著となるコーナー部分が多い、複
数の正極と複数の負極を積層した角型電槽を用いたアル
カリ蓄電池において顕著である。
ングメタルを基板とした極板を用いても、機械的強度の
大きなセパレータや大量の結着剤で活物質を固定して放
電特性を低下させることなく、充放電サイクルの繰り返
しによる短絡を起こさないアルカリ蓄電池を得ることが
できる。また、本発明の効果は、充放電サイクルにより
活物質自身が微粉化し極板からの活物質脱落が大きな問
題となる水素吸蔵合金をパンチングメタルに担持させた
負極板を用いたアルカリ蓄電池において顕著である。さ
らに、本発明の効果は、パンチング部分を切断した辺の
総延長が非常に大きく、特にパンチング部分を切断した
部分の針状の突起が顕著となるコーナー部分が多い、複
数の正極と複数の負極を積層した角型電槽を用いたアル
カリ蓄電池において顕著である。
【図１】本発明の実施例の極板の位置関係を説明する図
である。
である。
１ パンチングメタル基板に活物質を担持させた負極板 ２ パンチング孔正極板 ３ パンチング孔部分を切断したところに生じた針状の
突起 ４ 正極板
突起 ４ 正極板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊口 ▲吉▼徳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 加治屋 弘海 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 正極板、負極板、両極板を隔離するセパ
レータ、およびアルカリ電解液を具備し、少なくとも一
方の極板がパンチングメタル基板に活物質を塗着して構
成され、いずれか一方の極板が他方の極板より大きく、
かつパンチングメタル基板を有する極板のパンチング部
分を切断した辺が対向する極板の辺と重ならないように
配置したことを特徴とするアルカリ蓄電池。 - 【請求項２】 負極が、水素吸蔵合金を主とする活物質
混合物をパンチングメタルに塗着してなる請求項１記載
のアルカリ蓄電池。 - 【請求項３】 複数の正極と複数の負極がセパレータを
介して積層され、角型電槽に挿入されている請求項１ま
たは２記載のアルカリ蓄電池。
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| JP07137026A JP3079008B2 (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | ニッケル水素蓄電池 |
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- 1996-05-28 EP EP96108477A patent/EP0746049B1/en not_active Expired - Lifetime
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