JPH0982355A - ニッケル−水素電池 - Google Patents

ニッケル−水素電池

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JPH0982355A
JPH0982355A JP7234993A JP23499395A JPH0982355A JP H0982355 A JPH0982355 A JP H0982355A JP 7234993 A JP7234993 A JP 7234993A JP 23499395 A JP23499395 A JP 23499395A JP H0982355 A JPH0982355 A JP H0982355A
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JP
Japan
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nickel
electrolytic solution
hydrogen
electrode
battery
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JP7234993A
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English (en)
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Atsushi Tani
篤 谷
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Yuasa Corp
Original Assignee
Yuasa Corp
Yuasa Battery Corp
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス吸収性能及び高率放電性能にすぐれたニ
ッケル−水素電池電池を提供することを目的とする。 【構成】 ニッケル電極を正極とし、水素吸蔵合金から
なる水素極を負極とし、これらの間に合成樹脂からなる
基材に陽イオン交換能を有する官能基を付加して得たセ
パレータを介在させ、アルカリ水溶液を電解液に用いた
ニッケル−水素電池において、電解液の溶質と同種の塩
基を電解液に一定量追加するとともに、一定量の水を電
解液から除去したニッケル−水素電池とすることで、上
記目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル−水素電
池に関するもので、さらに詳しく言えば、そのガス吸収
性能や高率放電性能の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ニッケル−水素電池は、ニッケル−カド
ミウム電池の2倍程度の高いエネルギー密度を有するこ
と、また、カドミウム等の有害物質を含まないために低
公害であることから、携帯電話、ノートパソコン、ハン
ディビデオカメラ等のポータブル機器用電源として広く
用いられ、これらの機器の普及とともに近年、需要は飛
躍的に増大している。
【0003】ニッケル−水素電池の寿命には、セパレー
タの適否が大きく影響する。例えば、従来これらの電池
のセパレータとして用いられていたポリアミド系樹脂か
らなる不織布は酸化分解しやすく、界面活性剤処理を施
したポリオレフィン系不織布も界面活性剤の遊離、分解
が起こるため、ともに長期の使用には耐えられなかっ
た。また、ポリオレフィン系不織布にコロナ放電処理を
施したものや、ポリビニルアルコール等の親水性樹脂繊
維を混紡したもの等も提案されているが、多くの場合、
充放電サイクルに伴うニッケル極の空孔容積の増加によ
ってセパレータ中で電解液の枯渇化が起こり、寿命に至
っていた。
【0004】これに対し、−COOH、−SO3 H等の
官能基を有するセパレータ、例えばポリオレフィン系不
織布にアクリル酸やメタクリル酸、ビニルスルホン酸等
のビニルモノマーをグラフト重合したセパレータは、電
解液との親和力に優れた官能基が繊維の表面から内部方
向に三次元的に分布して多量の電解液を化学的に保持す
ることができるため、上記したセパレータ中での電解液
の枯渇化を防止することができる。
【0005】一般に密閉構造をとる電池では、充電末期
に正極で発生する酸素ガスを負極で吸収する、いわゆる
負極ガス吸収方式を採用することにより電池内圧の著し
い上昇を防止している。そのため、密閉式ニッケル−水
素電池においても、水素極の微細孔が電解液で満たされ
ると、ガス吸収反応を円滑に行わせることが困難にな
る。しかし、上記のビニルモノマーをグラフト重合した
セパレータを用いると、その電解液保持力の高さのため
に電極に保持されるべき電解液、主として水素極側の電
解液の一部を吸収するため、これによって水素極の微細
孔に電解液の稀薄な空間が生じ、酸素ガスとの反応を容
易にすることができ、充電時の電池内圧の上昇を少なく
することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、−COO
H、−SO3 H等の官能基を付加したセパレータは、ア
ルカリ電解液、例えば水酸化カリウム水溶液と下式の中
和反応を起こすため、これを用いた電池では電解液中の
水酸化カリウム濃度が低下する。その結果、放電時にお
ける分極が増大し、放電電圧が低下したり、高率放電性
能が低下するという問題があった。 −COOH + KOH → −COOK + H2 O −SO3 H + KOH → −SO3 K + H2
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、ニッケル電極を正極とし、水素吸蔵合金
からなる水素極を負極とし、これらの間に合成樹脂から
なる基材に陽イオン交換能を有する官能基を付加して得
たセパレータを介在させ、アルカリ水溶液を電解液に用
いたニッケル−水素電池において、電解液の溶質と同種
の塩基を電解液に一定量追加するとともに、一定量の水
を電解液から除去したことを特徴とするものである。
【0008】本発明によると、あらかじめ官能基の中和
反応に伴う塩基の消費量を補うと同時に、生成する水の
相当量を差引いておくことにより、電池内で塩基の必要
量に過不足が生じることはないので、放電電圧の低下を
防止することができ、高率放電性能を改善することがで
きる。
【0009】しかも、注液時の電解液中の塩基の濃度は
高くなるが容積として増えるわけではないので、従来と
同様に水素極の微細孔には電解液の稀薄な空間が生じ、
優れたガス吸収性能を維持することができる。なお、電
解液に追加する塩基の量及び電解液から除去する水の量
は任意に設定できるが、セパレータの官能基の付加モル
数と等モルの塩基を追加し、該官能基の付加モル数と等
モルの水を除去しておけば、設定前の電解液の濃度を容
易に再現できる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基いて説
明する。本発明のニッケル−水素電池に用いるセパレー
タは、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィ
ン系合成樹脂繊維からなる不織布に、−COOH、−S
3 H等の陽イオン交換能を有する官能基を付加させた
ものである。−COOHは、アクリル酸またはメタクリ
ル酸をグラフト重合させることにより付加することがで
きる。また、−SO3 Hは、ビニルスルホン酸またはス
チレンスルホン酸をグラフト重合させることにより付加
することができる。グラフト重合は、あらかじめポリオ
レフィン系不織布に放射線を照射した後、上記したモノ
マーを含む溶液と接触させて行うことができる。また、
−SO3 Hは硫酸又は発煙硫酸と直接反応させて導入す
る方法もある。
【0011】今、ポリプロピレン繊維からなる重量が5
0g/m2の不織布に、電子線加速装置によって加速電圧
を300kv、ビーム電流を10mAとして電子線を1
00kGy照射した後、この不織布をあらかじめ窒素に
よって脱酸素されたアクリル酸20重量部、水79重量
部、モール氏塩1重量部からなる反応液に5時間浸漬し
てグラフト重合し、グラフト率36%のセパレータを得
た。ここで、グラフト重合によって付加されたアクリル
酸のモル数は、不織布の重量50g/m2にグラフト率3
6%の1/100を掛け、アクリル酸の分子量72で割
ることにより、0.25mol/m2と求まる。
【0012】こうして得られたセパレータを用いて、水
酸化ニッケル粉末を用いたペースト式ニッケル電極を正
極とし、水素吸蔵合金を用いた水素極を負極とし、グラ
フト重合によって付加されたアクリル酸のモル数0.2
5mol/m2から算出して中和反応後の比重が1.28
になるよう調整した水酸化カリウム水溶液を電解液とし
た公称容量1100mAhの密閉型ニッケル−水素電池
Aを作製した。
【0013】比較のため、比重が1.28の水酸化カリ
ウム水溶液を濃度補正せずにそのまま電解液として用
い、その他は本発明電池Aとすべて同様の構成にして比
較電池Bを作成した。
【0014】また、ポリプロピレン繊維からなる重量が
70g/m2の不織布にコロナ放電処理を施して親水性を
付与したセパレータを用い、その他は比較電池Bとすべ
て同様の構成にして比較電池Cを作成した。
【0015】これらの電池について、20℃の温度下、
充電電流0.1Cで公称容量に対し150%の充電を行
った後、放電電流0.2C、1.0C、3.0Cにおけ
るそれぞれの放電容量を調査したところ、図1に示す結
果が得られた。
【0016】図1から、水酸化カリウム濃度の補正を行
った本発明電池Aは、いずれの放電電流においても比較
電池Cと同等の高い放電容量を示すことがわかる。一
方、濃度補正を行わない比較電池Bは、高率放電になる
にしたがって放電容量の著しい低下が見られた。
【0017】図2は、この時の放電中間電圧を示したも
のである。同様に、本発明電池Aは比較電池Cと同等で
あるのに対し、比較電池Bは放電電圧が低く、濃度補正
の効果が顕著に現れることがわかった。
【0018】次に、これらの電池を5℃の温度下、充電
電流1.0Cで公称容量に対し150%の充電を行って
電池の内圧を調査したところ、表1に示す結果が得られ
た。
【0019】
【表1】
【0020】本発明電池Aの充電時の内圧上昇は比較電
池Bと同等であり、比較電池Cに比べて低い値を示して
いる。すなわち、優れた電解液保持力を有するセパレー
タを用いた電池では、濃度補正の有無に関わらずガス吸
収反応が効率よく行われることがわかる。
【0021】なお、上記した実施例では、基材にポリプ
ロピレン繊維からなる不織布を用いたが、ポリエチレン
繊維や他のポリオレフィン系樹脂繊維からなる織布、不
織布又はその他の材質を用いてもよいことは言うまでも
ない。
【0022】また、上記した実施例では、−COOH、
−CO3 H等の官能基を有するビニルモノマーとしてア
クリル酸を用いたが、メタクリル酸やビニルスルホン
酸、スチレンスルホン酸のような他のビニルモノマーを
用いてもよいことは言うまでもない。
【0023】そして、上記した実施例では、あらかじめ
放射線を照射してラジカルを生成させた不織布にこれら
のビニルモノマーを接触させる前照射法によってグラフ
ト重合を行ったが、不織布とビニルモノマーの共存下で
放射線を照射する同時照射法によってグラフト重合を行
ってもよい。
【0024】更に、上記した実施例では、これらの官能
基を付加させる方法としてグラフト重合法を用いたが、
これ以外の他の方法によって付加させてもよい。
【0025】
【発明の効果】上記した如く、本発明によるニッケル−
水素電池は、電解液に対してあらかじめ官能基の中和反
応に伴う塩基の消費量を補うと同時に、生成する水の相
当量を差引いているので、放電電圧の低下を防止するこ
とができ、高率放電性能を改善することができる。しか
も、従来と同様に水素極の微細孔には電解液の稀薄な空
間を保持することができるので、優れたガス吸収性能を
維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】放電電流と放電容量の関係を示した図である。
【図2】放電電流と放電中間電圧の関係を示した図であ
る。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニッケル電極を正極とし、水素吸蔵合金
    からなる水素極を負極とし、これらの間に合成樹脂から
    なる基材に陽イオン交換能を有する官能基を付加して得
    たセパレータを介在させ、アルカリ水溶液を電解液に用
    いたニッケル−水素電池において、電解液の溶質と同種
    の塩基を電解液に一定量追加するとともに、一定量の水
    を電解液から除去したことを特徴とするニッケル−水素
    電池。
  2. 【請求項2】 ニッケル電極を正極とし、水素吸蔵合金
    からなる水素極を負極とし、これらの間に合成樹脂から
    なる基材に陽イオン交換能を有する官能基を付加して得
    たセパレータを介在させ、アルカリ水溶液を電解液に用
    いたニッケル−水素電池において、電解液に、前記セパ
    レータの官能基の付加モル数と等モルの電解液の溶質と
    同種の塩基を追加するとともに、該官能基の付加モル数
    と等モルの水を電解液から除去したことを特徴とするニ
    ッケル−水素電池。
JP7234993A 1995-09-13 1995-09-13 ニッケル−水素電池 Pending JPH0982355A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7180298B2 (en) * 1998-08-10 2007-02-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method and device for judging the condition of secondary batteries and method for regenerating secondary batteries

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7180298B2 (en) * 1998-08-10 2007-02-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method and device for judging the condition of secondary batteries and method for regenerating secondary batteries
US7235326B2 (en) * 1998-08-10 2007-06-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method and device for judging the condition of secondary batteries and method for regenerating secondary batteries

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