JPH11149938A - Nickel hydrogen secondary battery - Google Patents

Nickel hydrogen secondary battery

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Publication number
JPH11149938A
JPH11149938A JP9317074A JP31707497A JPH11149938A JP H11149938 A JPH11149938 A JP H11149938A JP 9317074 A JP9317074 A JP 9317074A JP 31707497 A JP31707497 A JP 31707497A JP H11149938 A JPH11149938 A JP H11149938A
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JP
Japan
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container
separator
electrode
positive
negative electrode
Prior art date
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Application number
JP9317074A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Asano
将紀 浅野
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FDK Twicell Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Battery Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH11149938A publication Critical patent/JPH11149938A/en
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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
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent liquid leakage during storage and fast power charge by housing and sealing a positive electrode, a negative electrode, and a separator in a bottomed cylindrical container and making an actual volume of the positive and negative electrodes and the separator excluding a cavity part to this sealed container after sealing a specific ratio. SOLUTION: In a bottomed cylindrical container 1, an electrode group 5 fabricated by laminating a positive electrode 2, a separator 3a, and a negative electrode 4 each other, and winding them in spiral shape is housed. The negative electrode 4 is disposed in the outer-most periphery of the electrode group 5, and is brought into electrical contact with the container 1, and an alkali electrolyte is housed in the container 1. A first circular sealing plate 7 having a hole 6 at its center is disposed at the top opening of the container 1, and the sealing plate 7 is fixed with air tightness in the container 1 via a ring-shaped insulation gasket 8 by means of caulking process in which this top opening diametrically is contracted is inwardly. With this arrangement, the actual volume of the positive and negative electrodes 2 and 4 and the separator 3a excluding the cavity part is 50 to 70% to the volume of the container 1, more preferably, 55 to 65%.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル水素二次
電池に関する。
The present invention relates to a nickel-metal hydride secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来よりニッケル−カドミウム二次電池
が知られている。近年、この二次電池に比べてより軽量
かつ高容量化が可能、特に低圧において負極活物質であ
る水素を可逆的に吸蔵・放出するLaNi5 やCaNi
5 のような水素吸蔵合金を含む負極と水酸化ニッケルの
ようなニッケル化合物を含む正極を備えたニッケル水素
二次電池が開発され、実用化されている。
2. Description of the Related Art A nickel-cadmium secondary battery has been conventionally known. In recent years, lighter weight and higher capacity are possible compared with this secondary battery, and LaNi 5 and CaNi which reversibly occlude and release hydrogen, which is a negative electrode active material, at a low pressure are particularly available.
Nickel-metal hydride secondary batteries comprising a negative electrode containing a hydrogen storage alloy such as 5 and a positive electrode containing a nickel compound such as nickel hydroxide have been developed and put into practical use.

【0003】前記負極中の水素吸蔵合金は、これを負極
とし、アルカリ電解液中でニッケル極などの適切な正極
を対極とすると、充電時に発生した水素を負極自身が吸
蔵し、放電時に吸蔵した水素を放出すると共に、この水
素ガスは酸化されて元の水に戻る。このため、前記ニッ
ケル水素二次電池は、前記負極の水素吸蔵合金に大量の
水素を吸蔵できるため、高容量化が可能になる。
When the hydrogen storage alloy in the negative electrode is used as a negative electrode and a suitable positive electrode such as a nickel electrode is used as a counter electrode in an alkaline electrolyte, the negative electrode itself absorbs hydrogen generated during charging and occludes hydrogen during discharging. As the hydrogen is released, the hydrogen gas is oxidized and returns to the original water. For this reason, the nickel-hydrogen secondary battery can store a large amount of hydrogen in the hydrogen storage alloy of the negative electrode, so that the capacity can be increased.

【0004】ところで、限られた電池容積の中で、より
一層の高容量化を図るには充放電に関与する酸化還元反
応量を増加させるために正極の活物質および電解液量を
増やす必要がある。このような高容量化に対応する手法
としては、従来よりセパレータの低目付化および低体積
化が検討されている。
In order to further increase the capacity in a limited battery capacity, it is necessary to increase the amount of the active material of the positive electrode and the amount of the electrolytic solution in order to increase the amount of oxidation-reduction reaction involved in charging and discharging. is there. As a method for responding to such a high capacity, a reduction in the basis weight and volume of the separator has been conventionally studied.

【0005】しかしながら、セパレータの低目付化およ
び低体積化が進むに伴って次のような問題が生じる。 1)電極群を作製する際に正極または負極のバリが前記
セパレータを突き抜けて相手電極に接触して内部ショー
トを起こす危険性が増大する。
[0005] However, the following problems arise as the weight per unit area and volume of the separator are reduced. 1) When manufacturing an electrode group, there is an increased risk that a burr of a positive electrode or a negative electrode penetrates through the separator and comes into contact with a counter electrode to cause an internal short circuit.

【0006】2)酸化還元反応に必要な正負極間の電解
液保持量、つまりセパレータでの電解液保持量が低下す
るため、充放電サイクル寿命を低下する。 前記1)、2)の問題は、電池の製造および品質の安定
の点で支障となるため、セパレータの低目付化および低
体積化にも限界がある。
2) The amount of electrolyte held between the positive electrode and the negative electrode required for the oxidation-reduction reaction, that is, the amount of electrolyte held by the separator is reduced, so that the charge / discharge cycle life is shortened. Since the problems 1) and 2) described above hinder the stability of battery production and quality, there is a limit to reducing the basis weight and volume of the separator.

【0007】したがって、高容量化された電池を得るた
めには正負極の活物質量を増加させる必要がある。しか
しながら、活物質量の増加は正負極およびセパレータを
有する電極群の体積増大を伴うため、注入可能な電解液
量を減少させ、充放電サイクルの経過に伴う容量劣化を
招く。また、容器内に可能な量まで電解液の注入量を増
やすと、高温下での長期間の保存や急速な充電時に漏液
を起こす問題があった。
[0007] Therefore, in order to obtain a battery having a high capacity, it is necessary to increase the amount of the active material of the positive and negative electrodes. However, an increase in the amount of the active material is accompanied by an increase in the volume of the electrode group including the positive and negative electrodes and the separator, so that the amount of the injectable electrolytic solution is reduced, and the capacity is deteriorated as the charge and discharge cycle progresses. Further, if the injection amount of the electrolyte is increased to a possible amount in the container, there is a problem that the liquid leaks during long-term storage at a high temperature or rapid charging.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高容量化に
適し、かつ保管時および急速な充電時における漏液発生
を防止することが可能なニッケル水素二次電池を提供し
ようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nickel-hydrogen secondary battery suitable for increasing the capacity and capable of preventing the occurrence of liquid leakage during storage and rapid charging. is there.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係わるニッケル
水素二次電池は、有底筒状容器に正極、負極およびセパ
レータを収納し、かつアルカリ電解液を収容したニッケ
ル水素二次電池であって、封口後の前記容器の容積に対
して前記正負極およびセパレータの実体積(空隙部を除
く)は50〜70%占めることを特徴とするものであ
る。つまり、封口後の前記容器の容積をV1 、前記正負
極およびセパレータの実体積をV2 (空隙部を除く)と
したとき、前記実体積は(V2 /V1 )×100=50
〜70%の式を満たす。
A nickel-metal hydride secondary battery according to the present invention is a nickel-metal hydride secondary battery in which a positive electrode, a negative electrode and a separator are housed in a bottomed cylindrical container and an alkaline electrolyte is housed. The actual volume (excluding voids) of the positive and negative electrodes and the separator occupies 50 to 70% of the volume of the container after closure. That is, assuming that the volume of the container after sealing is V 1 and the actual volumes of the positive and negative electrodes and the separator are V 2 (excluding voids), the actual volume is (V 2 / V 1 ) × 100 = 50.
Satisfies the equation of ~ 70%.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わるニッケル水
素二次電池(円筒形ニッケル水素二次電池)を図1を参
照して説明する。有底円筒状の容器1内には、正極2と
セパレータ3と負極4とを積層してスパイラル状に捲回
することにより作製された電極群5が収納されている。
前記負極4は、前記電極群5の最外周に配置されて前記
容器1と電気的に接触している。アルカリ電解液は、前
記容器1内に収容されている。中央に孔6を有する円形
の第1の封口板7は、前記容器1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8は、前記封口
板7の周縁と前記容器1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1に前記封口板7を前記ガスケット8を介して
気密に固定している。正極リード9は、一端が前記正極
2に接続、他端が前記封口板7の下面に接続されてい
る。帽子形状をなす正極端子10は、前記封口板7上に
前記孔6を覆うように取り付けられている。ゴム製の安
全弁11は、前記封口板7と前記正極端子10で囲まれ
た空間内に前記孔6を塞ぐように配置されている。中央
に穴を有する絶縁材料からなる円形の押え板12は、前
記正極端子10上に前記正極端子10の突起部がその押
え板12の前記穴から突出されるように配置されてい
る。外装チューブ13は、前記押え板12の周縁、前記
容器1の側面及び前記容器1の底部周縁を被覆してい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A nickel-metal hydride secondary battery (cylindrical nickel-metal hydride secondary battery) according to the present invention will be described below with reference to FIG. An electrode group 5 produced by stacking the positive electrode 2, the separator 3, and the negative electrode 4 and winding them in a spiral shape is accommodated in the bottomed cylindrical container 1.
The negative electrode 4 is arranged at the outermost periphery of the electrode group 5 and is in electrical contact with the container 1. The alkaline electrolyte is contained in the container 1. A circular first sealing plate 7 having a hole 6 in the center is arranged at the upper opening of the container 1. The ring-shaped insulating gasket 8 is disposed between the peripheral edge of the sealing plate 7 and the inner surface of the upper opening of the container 1, and the sealing plate is formed on the container 1 by caulking to reduce the diameter of the upper opening inward. 7 is hermetically fixed via the gasket 8. One end of the positive electrode lead 9 is connected to the positive electrode 2, and the other end is connected to the lower surface of the sealing plate 7. The positive electrode terminal 10 having a hat shape is attached on the sealing plate 7 so as to cover the hole 6. A rubber safety valve 11 is disposed so as to close the hole 6 in a space surrounded by the sealing plate 7 and the positive electrode terminal 10. A circular holding plate 12 made of an insulating material having a hole in the center is arranged on the positive electrode terminal 10 such that a protrusion of the positive electrode terminal 10 projects from the hole of the holding plate 12. The outer tube 13 covers the periphery of the holding plate 12, the side surface of the container 1, and the periphery of the bottom of the container 1.

【0011】前記正負極2,4およびセパレータ3の実
体積(空隙部を除く)は容器の容積に対して50〜70
%占める。前記実体積を50%未満にすると、高容量の
二次電池を得るこことが困難になる。一方、前記実体積
が70%を越えると充放電サイクル時等のおいてガスが
発生した際に漏液を招く恐れがある。より好ましい実体
積は55〜65%である。
The actual volumes of the positive and negative electrodes 2 and 4 and the separator 3 (excluding voids) are 50 to 70 with respect to the volume of the container.
%. If the actual volume is less than 50%, it becomes difficult to obtain a high capacity secondary battery. On the other hand, if the actual volume exceeds 70%, leakage may occur when gas is generated during a charge / discharge cycle or the like. A more preferable actual volume is 55 to 65%.

【0012】次に、前記正極2、負極4、セパレータ3
および電解液について説明する。 1)正極2 この正極2は、活物質である水酸化ニッケル粒子のよう
なニッケル化合物粒子を含有する。
Next, the positive electrode 2, the negative electrode 4, the separator 3
And the electrolyte will be described. 1) Positive Electrode 2 The positive electrode 2 contains nickel compound particles such as nickel hydroxide particles as an active material.

【0013】前記水酸化ニッケル粒子としては、例えば
単一の水酸化ニッケル粒子、または亜鉛、コバルト、ビ
スマス、銅のような金属を金属ニッケルと共に共沈され
た水酸化ニッケル粒子を用いることができる。特に、後
者の水酸化ニッケル粒子を含む正極は、高温状態におけ
る充電効率をより一層向上することが可能になる。
As the nickel hydroxide particles, for example, single nickel hydroxide particles or nickel hydroxide particles in which a metal such as zinc, cobalt, bismuth or copper is coprecipitated with metallic nickel can be used. In particular, the latter positive electrode containing nickel hydroxide particles can further improve the charging efficiency in a high-temperature state.

【0014】前記水酸化ニッケル粒子は、X線粉末回折
法による(101)面のピーク半価幅が0.8゜/2θ
(Cu−Kα)以上であることが好ましい。より好まし
い水酸化ニッケル粒子のピーク半価幅は0.9〜1.0
゜/2θ(Cu−Kα)である。
The nickel hydroxide particles have a peak half width at (101) plane of 0.8 面 / 2θ by X-ray powder diffraction.
(Cu-Kα) or more is preferable. More preferable peak half width of nickel hydroxide particles is 0.9 to 1.0.
゜ / 2θ (Cu-Kα).

【0015】前記正極(ペースト式正極)は、水酸化ニ
ッケル粒子に導電材を添加し、高分子結着剤および水と
共に混練してペーストを調製し、このペーストを導電性
基板に充填し、乾燥した後、成形することにより作製さ
れる。
The positive electrode (paste type positive electrode) is prepared by adding a conductive material to nickel hydroxide particles, kneading the mixture with a polymer binder and water to prepare a paste, filling the paste into a conductive substrate, and drying the paste. After that, it is produced by molding.

【0016】前記導電材料としては、例えばコバルト酸
化物、コバルト水酸化物等を挙げることができる。前記
高分子結着剤としては、例えば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、
ポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
Examples of the conductive material include cobalt oxide and cobalt hydroxide. Examples of the polymer binder include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, sodium polyacrylate,
Polytetrafluoroethylene and the like can be mentioned.

【0017】前記導電性基板としては、例えばニッケ
ル、ステンレスまたはニッケルメッキが施された金属か
ら形成された網状、スポンジ状、繊維状、もしくはフェ
ルト状の金属多孔体等を挙げることができる。
Examples of the conductive substrate include a mesh-like, sponge-like, fiber-like, or felt-like porous metal body formed of nickel, stainless steel, or nickel-plated metal.

【0018】2)負極4 この負極4は、水素吸蔵合金粉末を含有する。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。この水素吸蔵合金としては、例えばLaNi5 、M
mNi5 (Mm;ミッシュメタル)、LmNi5 (L
m;ランタン富化したミッシュメタル)、またはこれら
のNiの一部をAl、Mn、Co、Ti、Cu、Zn、
Zr、Cr、Bのような元素で置換した多元素系のも
の、もしくはTiNi系、TiFe系のものを挙げるこ
とができる。中でも、一般式LmNix 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)で表されるものを用いることが好ま
しい。
2) Negative electrode 4 This negative electrode 4 contains a hydrogen storage alloy powder. The hydrogen storage alloy is not particularly limited, as long as it can store hydrogen electrochemically generated in an electrolytic solution and can easily release the stored hydrogen during discharge. Examples of this hydrogen storage alloy include LaNi 5 , M
mNi 5 (Mm; misch metal), LmNi 5 (L
m; lanthanum-enriched misch metal), or a part of these Nis is Al, Mn, Co, Ti, Cu, Zn,
Examples thereof include a multi-element-based material substituted with an element such as Zr, Cr, and B, or a TiNi-based or TiFe-based material. Among them, the formula LmNi x Mn y A z (However, A is Al, at least one metal selected from Co, the atomic ratio x, y, z is the total value 4.8 ≦ x + y +
It is preferable to use a compound represented by the following formula: z ≦ 5.4).

【0019】前記負極(例えばペースト式負極)は、水
素吸蔵合金粉末に導電材を添加し、高分子結着剤および
水と共に混練してペーストを調製し、このペーストを導
電性基板に充填し、乾燥した後、成形することにより作
製される。
The negative electrode (for example, a paste type negative electrode) is prepared by adding a conductive material to a hydrogen storage alloy powder, kneading the mixture with a polymer binder and water to prepare a paste, filling the paste into a conductive substrate, After drying, it is produced by molding.

【0020】前記高分子結着剤としては、前記正極で用
いたのと同様なものを挙げることができる。前記導電材
としては、例えばカーボンブラック等を用いることがで
きる。
Examples of the polymer binder include those similar to those used for the positive electrode. As the conductive material, for example, carbon black or the like can be used.

【0021】前記導電性基板としては、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
ンジ状金属基板などの三次元基板を挙げることができ
る。
Examples of the conductive substrate include a two-dimensional substrate such as a punched metal, an expanded metal, a perforated rigid plate, and a nickel net, and a three-dimensional substrate such as a felt-like metal porous body and a sponge-like metal substrate. be able to.

【0022】3)セパレータ3 このセパレータ3は、例えばポリオレフィン繊維やナイ
ロン繊維からなる不織布、同繊維からなる織布もしくは
これら不織布および織布で複合化された複合シートから
作られる。特に、前記セパレータはポリオレフィン系合
成樹脂繊維を含むシート状物から形成され、かつ前記シ
ート状物がカルボキシル基を有するビニルモノマーでグ
ラフト共重合された物から形成されることが好ましい。
3) Separator 3 The separator 3 is made of, for example, a nonwoven fabric made of a polyolefin fiber or a nylon fiber, a woven fabric made of the same fiber, or a composite sheet made of the nonwoven fabric and the woven fabric. In particular, it is preferable that the separator is formed from a sheet containing polyolefin-based synthetic resin fibers, and the sheet is formed from a graft copolymerized with a vinyl monomer having a carboxyl group.

【0023】前記ポリオレフィン系合成樹脂繊維として
は、ポリオレフィン単一繊維、ポリオレフィン繊維から
なる芯材表面に前記ポリオレフィン繊維とは異なるポリ
オレフィン繊維が被覆された芯鞘構造の複合繊維、互い
に異なるポリオレフィン繊維同士が円形に接合された分
割構造の複合繊維等を挙げることができる。前記ポリオ
レフィンとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレ
ンなどを挙げることができる。
The polyolefin-based synthetic resin fibers include a polyolefin single fiber, a core-sheath composite fiber in which a polyolefin fiber different from the polyolefin fiber is coated on the surface of a core material made of the polyolefin fiber, and polyolefin fibers different from each other. A composite fiber having a divided structure joined in a circle can be used. Examples of the polyolefin include polyethylene and polypropylene.

【0024】前記ポリオレフィン系合成樹脂繊維を含む
シート状物としては、例えば前述したポリオレフィン系
合成樹脂繊維からなる不織布、同繊維からなる織布もし
くはこれら不織布および織布で複合化された複合シート
を挙げることができる。前記不織布は、例えば乾式法、
湿式法、スパンボンド法、メルトブロー法等によって作
製される。前記ポリオレフィン系合成樹脂繊維の平均繊
維径は、機械的強度、正極と負極の間のショート防止の
観点から1〜20μmにすることが好ましい。前記合成
樹脂繊維の平均繊維径を1μm未満にすると、前記セパ
レータの機械的強度が低下して電池の組み立てが困難に
なる恐れがある。一方、前記合成樹脂繊維の平均繊維径
が20μmを越えると前記セパレータの被覆率が低下し
て正負極間の短絡が多発する恐れがある。より好ましい
前記合成樹脂繊維の平均繊維径は、3〜15μmであ
る。
Examples of the sheet-like material containing the polyolefin-based synthetic resin fiber include a nonwoven fabric made of the above-mentioned polyolefin-based synthetic resin fiber, a woven fabric made of the same, or a composite sheet made of the nonwoven fabric and the woven fabric. be able to. The nonwoven fabric is, for example, a dry method,
It is produced by a wet method, a spun bond method, a melt blow method, or the like. The average fiber diameter of the polyolefin-based synthetic resin fibers is preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of mechanical strength and prevention of short circuit between the positive electrode and the negative electrode. If the average fiber diameter of the synthetic resin fibers is less than 1 μm, the mechanical strength of the separator may be reduced, which may make battery assembly difficult. On the other hand, if the average fiber diameter of the synthetic resin fibers exceeds 20 μm, the coverage of the separator may decrease, and short-circuits between positive and negative electrodes may occur frequently. The more preferable average fiber diameter of the synthetic resin fibers is 3 to 15 μm.

【0025】前記カルボキシル基を有するビニルモノマ
ーとしては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、前記ア
クリル酸や前記メタクリル酸のエステル類を挙げること
ができる。前記ビニルモノマーの中でも、アクリル酸が
好適である。
Examples of the vinyl monomer having a carboxyl group include acrylic acid, methacrylic acid, and esters of acrylic acid and methacrylic acid. Among the vinyl monomers, acrylic acid is preferred.

【0026】4)アルカリ電解液 このアルカリ電解液としては、例えば水酸化ナトリウム
(NaOH)と水酸化リチウム(LiOH)の混合液、
水酸化カリウム(KOH)とLiOHの混合液、KOH
とLiOHとNaOHの混合液等を用いることができ
る。これらの電解液の中でKOHの濃度は、2.0N〜
6.0Nにすることが望ましい。NaOHの濃度は、
1.0N〜6.0N、より好ましくは2.0N〜5.0
Nの範囲にすることが望ましい。LiOHの濃度は、
0.3N〜2.0N、より好ましくは0.5N〜1.5
Nの範囲することが望ましい。
4) Alkaline Electrolyte As the alkaline electrolyte, for example, a mixed solution of sodium hydroxide (NaOH) and lithium hydroxide (LiOH),
A mixture of potassium hydroxide (KOH) and LiOH, KOH
And a mixed solution of LiOH and NaOH. The concentration of KOH in these electrolytes is 2.0 N to
It is desirable to set it to 6.0N. The concentration of NaOH is
1.0N to 6.0N, more preferably 2.0N to 5.0N
It is desirable to set the range of N. The concentration of LiOH is
0.3N to 2.0N, more preferably 0.5N to 1.5N
It is desirable to set the range of N.

【0027】前記電解液は、封口後の容器の容積から前
記正負極およびセパレータの実体積を差し引いた残りの
空間容積に対して60〜90%の量で前記容器内に注入
することが好ましい。前記電解液の注入量を60%未満
にすると、電池内の電解液量(特に正負極間の電解液保
持量)が低下して充放電サイクル寿命が低下する恐れが
ある。前記電解液の注入量が90%を越えると、保管時
や急速充電時に漏液を生じる恐れがある。
It is preferable that the electrolytic solution is injected into the container in an amount of 60 to 90% of the remaining space volume obtained by subtracting the actual volumes of the positive and negative electrodes and the separator from the volume of the container after sealing. When the injection amount of the electrolyte is less than 60%, the amount of the electrolyte in the battery (particularly, the amount of the electrolyte held between the positive electrode and the negative electrode) is reduced, and the charge / discharge cycle life may be reduced. If the injection amount of the electrolytic solution exceeds 90%, there is a possibility that leakage occurs during storage or during quick charging.

【0028】以上説明した本発明によれば、封口後の前
記容器の容積に対して前記正負極およびセパレータの実
体積(空隙部を除く)を50〜70%占める構成にする
ことによって、高容量化に適し、かつ保管時および急速
な充電時における漏液発生を防止した良好な充放電サイ
クル特性を有すると共に安定した品質および高い信頼性
を有するニッケル水素二次電池を得ることができる。
According to the present invention described above, the actual volume (excluding voids) of the positive and negative electrodes and the separator occupies 50 to 70% of the volume of the container after sealing, thereby achieving high capacity. It is possible to obtain a nickel-metal hydride secondary battery having good charge / discharge cycle characteristics that is suitable for use, prevents leakage during storage and rapid charging, and has stable quality and high reliability.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して詳細に説明する。 (実施例1〜3) <ペースト式負極の作製>市販のランタン富化したミッ
シュメタルLmおよびNi、Co、Mn、Alを用いて
高周波炉によって、LmNi4.0 Co0.4 Mn0.3 Al
0.3 の組成からなる水素吸蔵合金を作製した。前記水素
吸蔵合金を機械粉砕し、これを200メッシュの篩を通
過させた。得られた水素吸蔵合金粉末100重量部に対
してポリアクリル酸ナトリウム0.5重量部、カルボキ
シメチルセルロース(CMC)0.125重量部、ポリ
テトラフルオロエチレンのディスパージョン(比重1.
5,固形分60wt%)2.5重量部および導電材とし
てカーボン粉末1.0重量部を水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。このペースト
をパンチドメタルに塗布、乾燥した後、加圧成型するこ
とによってペースト式負極を作製した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (Examples 1 to 3) <Preparation of paste type negative electrode> LmNi 4.0 Co 0.4 Mn 0.3 Al using a commercially available lanthanum-enriched misch metal Lm and Ni, Co, Mn, Al in a high frequency furnace.
A hydrogen storage alloy having a composition of 0.3 was prepared. The hydrogen storage alloy was mechanically pulverized and passed through a 200-mesh sieve. 0.5 part by weight of sodium polyacrylate, 0.125 part by weight of carboxymethylcellulose (CMC), and a dispersion of polytetrafluoroethylene (specific gravity: 1.50 parts by weight) based on 100 parts by weight of the obtained hydrogen storage alloy powder.
5, a solid content of 60 wt%) and a paste were prepared by mixing 2.5 parts by weight of carbon powder as a conductive material and 1.0 part by weight of carbon powder together with 50 parts by weight of water. This paste was applied to punched metal, dried and then molded under pressure to produce a paste type negative electrode.

【0030】<ペースト式正極の作製>水酸化ニッケル
粉末90重量部および酸化コバルト粉末10重量部から
なる混合粉体に、前記水酸化ニッケル粉末に対してカル
ボキシメチルセルロース0.3重量部、ポリテトラフル
オロエチレンのディスパージョン(比重1.5,固形分
60重量%)を固形分換算で0.5重量部添加し、これ
らに純水を45重量部添加して混練することによりペー
ストを調製した。つづいて、このペーストをニッケルメ
ッキ繊維基板内に充填した後、更にその両表面に前記ペ
ーストを塗布し、乾燥し、ローラプレスを行って圧延す
ることによりペースト式正極を作製した。
<Preparation of Paste-Type Positive Electrode> In a mixed powder consisting of 90 parts by weight of nickel hydroxide powder and 10 parts by weight of cobalt oxide powder, 0.3 parts by weight of carboxymethylcellulose with respect to the nickel hydroxide powder, A paste was prepared by adding 0.5 parts by weight of an ethylene dispersion (specific gravity 1.5, solids content 60% by weight) in terms of solids content, adding pure water 45 parts by weight thereto and kneading them. Subsequently, after this paste was filled in a nickel-plated fiber substrate, the paste was further applied to both surfaces thereof, dried, and rolled by roller pressing to produce a paste-type positive electrode.

【0031】<セパレータの作製>ポリプロピレン樹脂
をスパンボンド法を用いて、繊維径10μmの長繊維か
らなり、目付け量が50g/m2 で、厚さが0.20m
mの不織布を作製した。つづいて、表面が平滑な第1ロ
ールと、表面に複数のピンポイント状の凹凸が形成され
た第2ロールとを互に対向して配置し、これらロールを
互いに反対方向に回転させると共に130℃に加熱した
後、これらロール間に前記不織布を通過させて前記第1
ロールと前記第2ロールの凸部とで加圧すると共に熱融
着させてエンボス加工を施した。ひきつづき、前記不織
布に紫外線を照射した後、アクリル酸水溶液に浸漬して
アクリル酸モノマーをグラフト共重合させた。この不織
布を洗浄して未反応のアクリル酸を除去した後、乾燥
し、裁断することによりセパレータを作製した。
<Preparation of Separator> A polypropylene resin is made of long fiber having a fiber diameter of 10 μm by a spunbond method, and has a basis weight of 50 g / m 2 and a thickness of 0.20 m.
m of non-woven fabric. Subsequently, a first roll having a smooth surface and a second roll having a plurality of pinpoint-shaped irregularities formed on the surface are arranged to face each other. After heating the non-woven fabric between these rolls,
Embossing was performed by applying pressure to the roll and the convex portion of the second roll and performing heat fusion. Subsequently, after irradiating the non-woven fabric with ultraviolet rays, the non-woven fabric was immersed in an aqueous solution of acrylic acid to graft copolymerize an acrylic acid monomer. The nonwoven fabric was washed to remove unreacted acrylic acid, dried, and cut to produce a separator.

【0032】次いで、前記セパレータを前記負極と前記
正極との間にそのエンボス加工面が前記正極に対向する
ように介装し、渦巻状に捲回して電極群を作製した。こ
の時、前記正極の容量比は前記負極に対して0.9以上
にした。このような電極群を有底円筒状容器に収納する
際、正極、負極およびセパレータの体積を算出して加算
した値を実体積(空隙部を除く)とし、封口後の前記容
器の容積に対して50〜70%の比率になるように設定
した。この後、7NのKOHおよび1NのLiOHから
なる電解液を前記容器内に前記容器の容積から前記実体
積を差し引いた残りの空間容積に対して80%の比率に
なるように注入し、封口等を行うことにより前述した図
1に示す構造を有する4/3Aサイズの3種の円筒形ニ
ッケル水素二次電池を組み立てた。
Next, the separator was interposed between the negative electrode and the positive electrode so that the embossed surface thereof faced the positive electrode, and was spirally wound to form an electrode group. At this time, the capacity ratio of the positive electrode was 0.9 or more with respect to the negative electrode. When such an electrode group is housed in a bottomed cylindrical container, the value obtained by calculating and adding the volumes of the positive electrode, the negative electrode, and the separator is regarded as the actual volume (excluding the void portion), and the volume of the container after sealing is determined. The ratio was set to be 50 to 70%. Thereafter, an electrolytic solution composed of 7N KOH and 1N LiOH is injected into the container so as to have a ratio of 80% with respect to the remaining space volume obtained by subtracting the actual volume from the volume of the container, and sealing is performed. By performing the above, three types of cylindrical nickel-metal hydride secondary batteries having the structure shown in FIG. 1 described above and having a size of 4 / 3A were assembled.

【0033】なお、下記表1には封口後の前記容器の容
積と、正極、負極およびセパレータの体積と、加算体積
(実体積)と、前記容器の容積に対する前記実体積の比
率とを併記した。
In Table 1 below, the volume of the container after closure, the volumes of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, the added volume (actual volume), and the ratio of the actual volume to the volume of the container are shown. .

【0034】(比較例1〜3)実施例1と同様なセパレ
ータ、負極および正極を用いて渦巻状に捲回して電極群
を作製し、この電極群を有底円筒状容器に収納する際、
正極、負極およびセパレータの体積を算出して加算した
値を実体積(空隙部を除く)とし、封口後の前記容器の
容積に対して下記表1に示す比率になるように設定し
た。この後、7NのKOHおよび1NのLiOHからな
る電解液を前記容器内に前記容器の容積から前記実体積
を差し引いた残りの空間容積に対して80%の比率にな
るように注入し、封口等を行うことにより前述した図1
に示す構造を有する4/3Aサイズの3種の円筒形ニッ
ケル水素二次電池を組み立てた。なお、下記表1には封
口後の前記容器の容積と、正極、負極およびセパレータ
の体積と、加算体積(実体積)とを併記した。
(Comparative Examples 1 to 3) When the same electrode group as in Example 1 was spirally wound using the same separator, negative electrode and positive electrode to form an electrode group, and this electrode group was stored in a bottomed cylindrical container,
The value obtained by calculating and adding the volumes of the positive electrode, the negative electrode, and the separator was defined as an actual volume (excluding voids), and was set so as to have a ratio shown in Table 1 below with respect to the volume of the container after sealing. Thereafter, an electrolytic solution composed of 7N KOH and 1N LiOH is injected into the container so as to have a ratio of 80% with respect to the remaining space volume obtained by subtracting the actual volume from the volume of the container, and sealing is performed. FIG. 1 described above by performing
The three types of 4 / 3A cylindrical nickel-metal hydride secondary batteries having the structure shown in Table 3 were assembled. In Table 1 below, the volume of the container after sealing, the volumes of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and the added volume (actual volume) are also shown.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】得られた実施例1〜3および比較例1〜3
の二次電池について、45℃の恒温槽中で24時間エー
ジングを行い、活性化初充電を行った。この後、1Cm
Aで150%充電した後、30分間休止し、1CmAで
電池電圧が1.0Vに達するまで放電する充放電を繰り
返した。サイクル数比に対する放電容量比を図2に示
す。
The obtained Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3
The secondary battery was aged for 24 hours in a thermostat at 45 ° C., and the initial charge was performed. After this, 1Cm
After charging at 150% with A, the battery was paused for 30 minutes, and repeated charging and discharging at 1 CmA until the battery voltage reached 1.0 V was repeated. FIG. 2 shows the discharge capacity ratio with respect to the cycle number ratio.

【0037】図2から明らかなように封口後の容器の容
積に対して正負極およびセパレータの実体積(空隙部を
除く)を50〜70%とした実施例1〜3の二次電池
は、優れた充放電サイクル特性を有することがわかる。
As is apparent from FIG. 2, the secondary batteries of Examples 1 to 3 in which the actual volumes (excluding voids) of the positive and negative electrodes and the separator were 50 to 70% with respect to the volume of the container after sealing are as follows. It can be seen that the battery has excellent charge / discharge cycle characteristics.

【0038】これに対し、封口後の容器の容積に対する
正負極およびセパレータの実体積(空隙部を除く)が5
0〜70%から外れる比較例1〜3の二次電池は、実施
例1〜3に比べて充放電サイクル特性が低くなることが
わかる。前記値が70%を越える比較例3の二次電池で
は、充放電サイクル中に内圧上昇を招いた。
On the other hand, the actual volumes of the positive and negative electrodes and the separator (excluding voids) with respect to the volume of the container after sealing are 5%.
It can be seen that the secondary batteries of Comparative Examples 1 to 3 deviating from 0 to 70% have lower charge / discharge cycle characteristics than those of Examples 1 to 3. In the secondary battery of Comparative Example 3 in which the above value exceeded 70%, the internal pressure increased during the charge / discharge cycle.

【0039】特に、比較例1,2の二次電池において電
解液量が少なく場合には、電解液の偏分布により充放電
反応が不均一になり、電解液量が多い場合には負極中の
水素吸蔵合金の脱落や浮遊が助長されて充放電サイクル
寿命が短くなる。比較例3の二次電池において電解液量
が少なく場合には、内部抵抗が増大して充電反応では効
率が低下して充電不足が生じ、放電反応では反応物質で
ある水酸化イオンの欠乏によって容量が低下し、一方電
解液量が多い場合には充放電サイクル中で内圧上昇が生
じて漏液を起こす。
In particular, in the secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2, when the amount of the electrolytic solution was small, the charge / discharge reaction became non-uniform due to the uneven distribution of the electrolytic solution. The falling or floating of the hydrogen storage alloy is promoted, and the charge / discharge cycle life is shortened. When the amount of the electrolyte in the secondary battery of Comparative Example 3 is small, the internal resistance increases, the efficiency decreases in the charging reaction, and insufficient charging occurs. In the discharging reaction, the capacity decreases due to the lack of the reactant hydroxide ion. On the other hand, when the amount of the electrolyte is large, the internal pressure rises during the charge / discharge cycle to cause a liquid leakage.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
容量化に適し、かつ保管時および急速な充電時における
漏液発生を防止高性能、高信頼性のニッケル水素二次電
池を提供することができる。
As described above, according to the present invention, there is provided a high-performance and highly reliable nickel-metal hydride secondary battery suitable for increasing the capacity and preventing the occurrence of liquid leakage during storage and rapid charging. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わるニッケル水素二次電池の一例で
あるニッケル水素二次電池の斜視図。
FIG. 1 is a perspective view of a nickel-metal hydride secondary battery as an example of a nickel-metal hydride secondary battery according to the present invention.

【図2】本発明の実施例1〜3および比較例1〜3のニ
ッケル水素二次電池におけるサイクル数比と放電容量比
の関係を示す特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a cycle number ratio and a discharge capacity ratio in the nickel-hydrogen secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…容器、 2…正極、 3…セパレータ、 4…負極、 7…封口板、 8…絶縁ガスケット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Container, 2 ... Positive electrode, 3 ... Separator, 4 ... Negative electrode, 7 ... Sealing plate, 8 ... Insulating gasket.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有底筒状容器に正極、負極およびセパレ
ータを収納し、かつアルカリ電解液を収容したニッケル
水素二次電池であって、 封口後の前記容器の容積に対して前記正負極およびセパ
レータの実体積(空隙部を除く)は50〜70%占める
ことを特徴とするニッケル水素二次電池。
1. A nickel-metal hydride secondary battery in which a positive electrode, a negative electrode and a separator are housed in a bottomed cylindrical container, and an alkaline electrolyte is housed, wherein the positive and negative electrodes and A nickel-metal hydride secondary battery, wherein the actual volume (excluding voids) of the separator occupies 50 to 70%.
JP9317074A 1997-11-18 1997-11-18 Nickel hydrogen secondary battery Pending JPH11149938A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001078181A1 (en) * 2000-04-05 2001-10-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nickel-hydrogen storage battery and assembly thereof
JP2009181710A (en) * 2008-01-29 2009-08-13 Sanyo Electric Co Ltd Alkaline storage battery

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