JPH11307091A - アルカリ蓄電池用非焼結式ニッケル極及びそれを用いたアルカリ蓄電池 - Google Patents

アルカリ蓄電池用非焼結式ニッケル極及びそれを用いたアルカリ蓄電池

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JPH11307091A JP10106351A JP10635198A JPH11307091A JP H11307091 A JPH11307091 A JP H11307091A JP 10106351 A JP10106351 A JP 10106351A JP 10635198 A JP10635198 A JP 10635198A JP H11307091 A JPH11307091 A JP H11307091A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電容量が大きく、サイクル寿命に優れたア
ルカリ蓄電池用非焼結式ニッケル極及びそれを用いたア
ルカリ蓄電池を提案する。 【解決手段】 非焼結式ニッケル極において、水酸化ニ
ッケル粒子または水酸化ニッケルを主成分とする基体粒
子の表面が、Co-A-P層(但し、Coはコバルト、AはM
n、Zn、Ni、Y及びBiから選ばれた1種以上の元素、P
は燐を表わす)で被覆されている複合体粒子を活物質と
して用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケルー水素蓄
電池やニッケルーカドミウム蓄電池等のアルカリ蓄電池
及び、これらの蓄電池に用いられる非焼結式ニッケル極
に関する。
【0002】
【従来の技術】アルカリ蓄電池の正極として用いられる
非焼結式ニッケル極において、活物質の充填密度を大き
くするべく多孔度の大きい基板を用いると、焼結式ニッ
ケル極に比べて、基板の集電能力が低くなり、導電性が
悪くなってしまい、活物質利用率が低下してしまう。
【0003】このような問題を解決するため、水酸化ニ
ッケルの表面にコバルトからなるめっき層を設けた活物
質を用いることが提案されている(特開平3-147258号公
報参照)。
【0004】そこで、本発明者等が検討したところ、こ
のめっき層を設ける方法によれば、従来のものより高利
用率が得られることが分かった。しかしながら、近年の
携帯機器等の急速な普及により、更なる高利用率化の要
望が強くなってきている。加えて、サイクル寿命の長い
アルカリ蓄電池の要望も高い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点に鑑みて成されたものであって、その目的とするとこ
ろは、活物質利用率が高いアルカリ蓄電池用非焼結式ニ
ッケル極を提供することにある。また、斯かるニッケル
極を正極として使用することによって、サイクル寿命の
長いアルカリ蓄電池を開発することにある。
【0006】
【発明を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のアルカリ蓄電池用非焼結式ニッケル極は、
水酸化ニッケル粒子または水酸化ニッケルを主成分とす
る基体粒子の表面が、Co-A-P層(但し、Coはコバル
ト、AはMn、Zn、Ni、Y及びBiから選ばれた1種以上の
元素、Pは燐を表わす)で被覆されている複合体粒子を
活物質として用いることを特徴とする。そして前記Co-
A-P層としては、Co-Zn-P層、Co-Mn-P層あるいはCo-
Zn-Mn-P層が最適である。
【0007】また、他の本発明のアルカリ蓄電池用非焼
結式ニッケル極は、水酸化ニッケル粒子または水酸化ニ
ッケルを主成分とする基体粒子の表面が、コバルトと燐
と元素Aとからなる被覆層(但し、元素AはMn、Zn、N
i、Y及びBiから選ばれた1種以上の元素)で被覆され
ている複合体粒子を活物質として用いることを特徴とす
る。そして、前記元素Aとしては、亜鉛(Zn)、マンガ
ン(Mn)あるいは亜鉛とマンガンの両者を含有するもの
から選択されたものが最適である。
【0008】上記Co-A-P層または上記被覆層が、無電
解めっき法により作製されることによって、緻密な被覆
層が形成されるので好ましいといえる。
【0009】前記上記Co-A-P層または上記被覆層が、
基体粒子に対して1〜20重量%とすることにより、電
極反応の主材料である水酸化ニッケルの含有量を低下さ
せないということからこの範囲が適する。
【0010】上記Co-A-P層または上記被覆層には、ナ
トリウムが含有されていることを特徴とする。このよう
にすることによって、活物質の導電性を向上させること
ができ、活物質の利用率が高くなり、ニッケル極の放電
容量を大きくすることができる。この上記Co-A-P層ま
たは上記被覆層へのナトリウム含有については、上記Co
-A-P層または上記被覆層を有する基体粒子に水酸化ナ
トリウムを加えた状態で加熱処理することにより得られ
る。
【0011】また、上記のアルカリ蓄電池用非焼結式ニ
ッケル極を用いたアルカリ蓄電池とすることによって、
放電容量が大きくサイクル特性に優れたものが提供でき
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
詳細に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施が可能である。 (実験1: Co-A-P層における元素Aの置換)この実
験1では、基体粒子の表面を被覆するめっき層であるCo
-A-P層のA元素の種類を変化させ、その依存性を検討
した。以下の実施例1ではAとして亜鉛(Zn)を用いた
場合、実施例2では前記実施例1において複合体粒子が
ナトリウム(Na)を含有する場合、実施例3ではAとし
てマンガン(Mn)を用いた場合、実施例4では前記実施
例3において複合体粒子がナトリウム(Na)を含有する
場合、実施例5ではAとして亜鉛(Zn)とマンガン(M
n)の2種類を用いた場合、実施例6では前記実施例5
において複合体粒子がナトリウム(Na)を含有する場合
を例示している。また、実施例7ではAとしてニッケル
(Ni)を用いた場合、実施例8ではAとしてイットリウ
ム(Y)を用いた場合、実施例9ではAとしてビスマス
(Bi)を用いた場合について言及している。そして、各
非焼結式ニッケル極を準備し、アルカリ蓄電池を組み立
てた。
【0013】尚、比較例では、Co-A-P層における元素
Aを使用しないものであって、従来技術のところで説明
した特開平3-147258号公報に開示された技術に近いもの
である。 (実施例1)この実施例では、活物質の作製、この活物
質を用いた電極の作製、更にはこの電極を用いたアルカ
リ蓄電池の作製という項目に分けて、説明していく。 [活物質の作製]亜鉛(Zn)3重量%、コバルト(Co)
0.75重量%が固溶している水酸化ニッケル粉末(基体粒
子)に、表1に示す無電解めっき浴を用い、10分間反
応させた。このめっき浴のpHはNaOHを添加することによ
って、pH=7に調製されており、またこのめっき浴の温
度は90℃に保持されている。このようにして、基体粒子
の表面が、無電解Co-Zn-P層で被覆されている複合体粒
子aを得た。
【0014】
【表1】
【0015】この時、無電解Co-Zn-P層中のCo:Zn:P
の重量割合は91:5:4となった。また、このCo-Zn-P
層の、 Co-Zn-P層が形成された水酸化ニッケル粉末に
対する重量、即ち複合体粒子の重量に対する割合は10重
量%であった。
【0016】尚、めっき浴のpHを7に調節しているが、
場合によっては7以上の8近傍で処理することも可能で
ある。但し、反応速度が大きくなるので、制御が必要で
ある。また、めっき浴の温度は60℃〜90℃、好ましくは
80℃〜90℃とするのが、めっきの形成反応を促進するの
で好ましい温度範囲である。 [電極の作製]上記の複合体粒子粉末a(平均粒径10μ
m)100重量部と、結着剤としての1重量%メチルセル
ロース水溶液20重量部とを混練して、ペーストを調整し
た。このペーストを、ニッケルの発泡メタル(多孔度95
%、平均孔径200μm)からなる多孔性の基板に充填
し、乾燥し、加圧成形して、本発明に係る非焼結式ニッ
ケル極を作製した。 [アルカリ蓄電池の作製]上記の非焼結式ニッケル極を
正極とし、この正極よりも電気化学的容量が大きい公知
のペースト式カドミウム極を負極として、ポリアミド不
織布からなるセパレータを介して、上記正負極を巻き取
り渦巻き電極体を構成した。この電極体を有底筒状体の
金属製の電池缶に収納し、安全弁付きの金属製の電池蓋
により密閉した。
【0017】尚、アルカリ電解液としては、30重量%水
酸化カリウム水溶液を用いている。このようにして、本
発明に係るAAサイズのアルカリ蓄電池Aを作製した。 (実施例2)上記実施例1で作製した複合体粒子粉末a
と、35重量%水酸化ナトリウム水溶液とを重量比1:10
で混合した。この混合物を80℃で8時間加熱処理した
後、水洗し、60℃で乾燥して、コバルト化合物である C
o-Zn-P層中にナトリウムが含有されているナトリウム
含有複合体粒子粉末bを得た。
【0018】尚、このナトリウム含有複合体粒子粉末b
中のナトリウム含有率を原子吸光法により分析したとこ
ろ、 Co-Zn-P層中のコバルトの重量に対して8重量%
含有されていた。
【0019】この粉末bを用いる以外は上記実施例1と
同様にして、本発明に係るアルカリ蓄電池Bを作製し
た。 (実施例3)上記実施例1で使用した硫酸亜鉛に代え
て、硫酸マンガン(MnSO4)を0.0012mol・dm-3使用した
以外は上記実施例1と同様にして、水酸化ニッケルの表
面が無電解Co-Mn-P層で被覆されている複合体粒子cを
得た。この時、無電解Co-Mn-P層中のCo-Mn-Pの重量割
合は94:2:4であり、Co-Mn-P層の形成量は、複合体
粒子の重量に対して10重量%であった。
【0020】この粉末cを用いる以外は上記実施例1と
同様にして、本発明に係るアルカリ蓄電池Cを作製し
た。 (実施例4)上記実施例3で作製した複合体粒子cを用
いた以外は上記実施例2と同様にして、コバルト化合物
であるCo-Mn-P層中にナトリウムが含有されているナト
リウム含有複合体粒子粉末d、及び本発明に係るアルカ
リ蓄電池Dを作製した。
【0021】尚、このナトリウム含有複合体粒子粉末d
中のナトリウム含有率を原子吸光法により分析したとこ
ろ、Co-Mn-P層中のコバルトの重量に対して8重量%含
有されていた。 (実施例5)上記実施例1で使用した硫酸亜鉛に代え
て、硫酸亜鉛(ZnSO4)を0.0025 mol・dm-3及び硫酸マン
ガン(MnSO4)を0.0012 mol・dm-3混合使用した以外は上
記実施例1と同様にして、基体粒子である水酸化ニッケ
ルの表面が無電解Co-Zn-Mn-P層で被覆されている複合
体粒子eを得た。
【0022】この複合体粒子eにおいて、無電解Co-Zn-
Mn-P層中のCo:Zn:Mn:Pの重量割合は89:5:2:
4である。また、Co-Zn-Mn-P層の形成量は、複合体粒
子粉末の重量に対して10重量%であった。この複合体粒
子粉末eを用いる以外は上記実施例1と同様にして、本
発明に係るアルカリ蓄電池Eを作製した。 (実施例6)上記実施例5で作製した複合体粒子eを用
いた以外は上記実施例2と同様にして、コバルト化合物
であるCo-Zn-Mn-P層中にナトリウムが含有されている
ナトリウム含有複合体粒子粉末fを準備した。そして、
実施例2と同様にして、本発明に係るアルカリ蓄電池F
を作製した。
【0023】尚、このナトリウム含有複合体粒子粉末f
中のナトリウム含有率を原子吸光法により分析したとこ
ろ、Co-Zn-Mn-P層中のコバルトの重量に対して8重量
%であった。 (実施例7)上記実施例1で使用した硫酸亜鉛に代え
て、硫酸ニッケル(NiSO4)を0.0028mol・dm-3使用した
以外は上記実施例1と同様にして、水酸化ニッケルの表
面が無電解Co-Ni-P層で被覆されている複合体粒子gを
得た。
【0024】この複合体粒子gにおいて、無電解Co-Ni-
P層中のCo:Ni:Pの重量割合は91:5:4である。ま
た、Co-Ni-P層の形成量は、複合体粒子粉末の重量に対
して10重量%であった。
【0025】この複合体粒子gを使用した以外は上記実
施例1と同様にして、本発明に係るアルカリ蓄電池Gを
作製した。 (実施例8)上記実施例1で使用した硫酸亜鉛に代え
て、硫酸イットリウム8水和物(Y2(SO4)3・8H2O)を0.0
0035mol・dm-3使用した以外は上記実施例1と同様にし
て、水酸化ニッケルの表面が無電解Co-Y-P層で被覆さ
れている複合体粒子hを得た。
【0026】この複合体粒子hにおいて、無電解Co-Y-
P層中のCo:Y:Pの重量割合は94:2:4である。ま
た、 Co-Y-P層の形成量は、複合体粒子粉末の重量に
対して10重量%であった。
【0027】この複合体粒子粉末hを使用した以外は、
上記実施例1と同様にして、本発明に係るアルカリ蓄電
池Hを作製した。 (実施例9)上記実施例1で使用した硫酸亜鉛に代え
て、硫酸ビスマス(Bi2(SO4)3)を0.0028 mol・dm-3使用
した以外は上記実施例1と同様にして、基体粒子である
水酸化ニッケルの表面が無電解Co-Bi-P層で被覆されて
いる複合体粒子iを得た。この複合体粒子iにおいて、
無電解Co-Bi-P層中のCo:Bi:Pの重量割合は94:2:
4であった。
【0028】また、 Co-Bi-P層の形成量は、複合体粒
子粉末の重量に対する割合は10重量%であった。この複
合体粒子iを用いた以外は、上記実施例1と同様にし
て、本発明に係るアルカリ蓄電池Iを作製した。 (比較例)上記実施例1で使用した元素Aの原料となる
硫酸亜鉛(ZnSO4)を使用しない以外は上記実施例1と
同様にして、水酸化ニッケルの表面が無電解Co-P層で
被覆されている活物質粒子xを得た。この活物質粒子x
において、無電解Co-P層中のCo:Pの重量割合は96:4
であり、Co-P層が配置形成された活物質粉末の全重量
に対して、 Co-P層の形成量は10重量%であった。
【0029】この活物質粉末xを用いた以外は上記実施
例1と同様にして、アルカリ蓄電池Xを作製した。ここ
で採用した方法は、先行技術である特開平3−147258号
公報で記載された技術に近いものである。
【0030】以上の実施例1〜実施例9及び比較例で準
備した本発明の電池A〜I及び比較電池Xに使用された
複合体粒子の被覆層の組成について、表2にまとめる。
【0031】
【表2】
【0032】尚、表2において、被覆層の原料には、硫
酸コバルト(CoSO4)、次亜燐酸ナトリウム(NaH2PO2
はすべてに共通使用されているので、記載していない。
【0033】このようにして、準備した本発明電池A〜
本発明電池I及び比較電池Xを用いて、各電池の放電容
量とサイクル寿命について調べた。この時の各実験条件
は、次のとおりである。 〈アルカリ蓄電池の放電容量〉各電池を25℃にて100mA
で16時間充電した後、25℃にて100mAで1.0Vまで放電す
る工程を1サイクルとする充放電を、10サイクル行っ
た。次に、11サイクル目として、25℃にて100mAで16時
間充電した後、25℃にて1000mAで1.0Vまで放電を行
い、各電池の放電容量を測定した。 〈アルカリ蓄電池のサイクル寿命〉各電池を用い、25℃
にて1000mAで1.2時間充電した後、25℃にて1000mAで1.0
Vまで放電を行うという充放電サイクルを繰り返し、11
サイクル目の放電容量の60%に到達した時を、アルカリ
蓄電池のサイクル寿命とした。
【0034】これら電池の放電容量とサイクル寿命の測
定結果を、表3に示す。
【0035】
【表3】
【0036】表3より、本発明のアルカリ蓄電池A〜I
はいずれも、比較電池Xよりも、10サイクル目の放電容
量、サイクル寿命が優れていることが分かる。
【0037】被覆層に亜鉛、マンガン、亜鉛及びマンガ
ンを含有させた電池(電池A〜電池F)は、他の元素を
使用した電池(電池G〜電池I)に比べて、放電容量及
びサイクル特性が優れている。従って、被覆層へは、亜
鉛、マンガンの少なくとも一つを含有させるのが最適で
ある。
【0038】複合体粒子のナトリウム添加・含有につい
ては、電池Aと電池B、電池Cと電池D、電池Eと電池
Fとの対比から、ナトリウム含有複合体粒子を用いた電
池(電池B、D、F)では、放電容量が大きくなってお
り、好ましいといえる。 (実験2: Co-A-P層の形成量の変更)この実験2で
は、 基体粒子へのCo-A-P層形成量を変化させ、その
電池特性に及ぼす影響を調べた。
【0039】無電解めっき処理時間を、表4で示すよう
に変更した以外は、上記実施例6と同様にして、 基体
粒子表面が無電解Co-Zn-Mn-P層で被覆されている複合
体粒子を得た。この得られた無電解Co-Zn-Mn-P層中のC
o:Zn:Mn:Pの重量割合は89:5:2:4で、一定で
あった。また、被覆層であるCo-Zn-Mn-P層の形成量
は、複合体粒子粉末の重量に対して、表4のとおりであ
った。
【0040】この様にして得た複合体粒子を使用し非焼
結式ニッケル極を作製し、実施例1と同様にして電池を
作製し、電池J1〜電池J8を作製した。電池番号と、
めっき処理時間、被覆層の形成量の関係を、表4に示
す。尚、表4には、上記実施例6のアルカリ蓄電池Fの
結果も示している。
【0041】更に、上記電池J1〜J8を用いて、上記
実験1と同様の試験を行った。この放電容量の測定結
果、サイクル寿命の測定結果を、併せて表4に示す。
【0042】
【表4】
【0043】この表4よりCo-Zn-Mn-P層の割合が、1
〜20重量%のアルカリ蓄電池の放電容量が優れているこ
とが分かる。1重量%未満の場合は、充分な導電性が得
られないため、また、20重量%を越えた場合には、活物
質たる水酸化ニッケルの量が減少するため、共に充分な
放電容量が得られない。
【0044】上記実施例では、被覆層におけるコバルト
(Co)と元素A及び燐(P)の比率を固定しているが、
水酸化ニッケルの基体粒子の導電性を維持し、利用率を
低下させないためには、コバルト量として70重量%以
上、即ち元素A及び燐(P)の添加量を30重量%以下と
すべきである。
【0045】
【発明の効果】本発明のアルカリ蓄電池用非焼結式ニッ
ケル極及びそれを用いたアルカリ蓄電池によれば、放電
容量が大きく、サイクル寿命に優れたものが提供でき、
その工業的価値は極めて大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水酸化ニッケル粒子または水酸化ニッケ
    ルを主成分とする基体粒子の表面が、Co-A-P層(但
    し、Coはコバルト、AはMn、Zn、Ni、Y及びBiから選ば
    れた1種以上の元素、Pは燐を表わす)で被覆されてい
    る複合体粒子を活物質として用いることを特徴とするア
    ルカリ蓄電池用非焼結式ニッケル極。
  2. 【請求項2】 前記Co-A-P層が、Co-Zn-P層、Co-Mn-
    P層あるいはCo-Zn-Mn-P層であることを特徴とする請
    求項1記載のアルカリ蓄電池用非焼結式ニッケル極。
  3. 【請求項3】 前記Co-A-P層が、無電解めっき法によ
    り作製されたことを特徴とする請求項1記載のアルカリ
    蓄電池用非焼結式ニッケル極。
  4. 【請求項4】 前記Co-A-P層が、基体粒子に対して1
    〜20重量%であることを特徴とする請求項1記載のア
    ルカリ蓄電池用非焼結式ニッケル極。
  5. 【請求項5】 前記Co-A-P層中に、ナトリウムが含有
    されていることを特徴とする請求項1記載のアルカリ蓄
    電池用非焼結式ニッケル極。
  6. 【請求項6】 前記複合体粒子が、前記Co-A-P層を有
    する基体粒子に水酸化ナトリウムを加えた状態で加熱処
    理することにより得られたことを特徴とする請求項5記
    載のアルカリ蓄電池用非焼結式ニッケル極。
  7. 【請求項7】 水酸化ニッケル粒子または水酸化ニッケ
    ルを主成分とする基体粒子の表面が、コバルトと燐と元
    素Aとからなる被覆層(但し、元素AはMn、Zn、Ni、Y
    及びBiから選ばれた1種以上の元素)で被覆されている
    複合体粒子を活物質として用いることを特徴とするアル
    カリ蓄電池用非焼結式ニッケル極。
  8. 【請求項8】 前記元素Aが、亜鉛(Zn)、マンガン
    (Mn)あるいは亜鉛とマンガンの両者を含有するものか
    ら選択されたことを特徴とする請求項7記載のアルカリ
    蓄電池用非焼結式ニッケル極。
  9. 【請求項9】 前記被覆層が、無電解めっき法により作
    製されたことを特徴とする請求項7記載のアルカリ蓄電
    池用非焼結式ニッケル極。
  10. 【請求項10】 前記請求項1〜9記載のアルカリ蓄電
    池用非焼結式ニッケル極を用いたアルカリ蓄電池。
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