JPH0982355A - ニッケル−水素電池 - Google Patents
ニッケル−水素電池Info
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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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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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 Ｏ
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 Ｏ
【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。
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。
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。
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
Ｏ3 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。
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
Ｏ3 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
−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。
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。
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。
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。
る。
Claims (2)
- 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7234993A JPH0982355A (ja) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | ニッケル−水素電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7234993A JPH0982355A (ja) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | ニッケル−水素電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0982355A true JPH0982355A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=16979474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7234993A Pending JPH0982355A (ja) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | ニッケル−水素電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0982355A (ja) |
Cited By (1)
| 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 |
-
1995
- 1995-09-13 JP JP7234993A patent/JPH0982355A/ja active Pending
Cited By (2)
| 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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Legal Events
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