JPH1186898A - アルカリ蓄電池 - Google Patents
アルカリ蓄電池Info
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Abstract
優れたアルカリ蓄電池を提供する。 【解決手段】 正極と対向する水素吸蔵合金負極の単位
面積あたりの容量を10〜40mAh/cm2とした。
Description
良、特に低温での大電流放電に適した電極群構成の改良
に関するものである。
の電源として小型高容量電池の要望が高まってきてい
る。高信頼性電池であるアルカリ蓄電池においてもこの
流れに沿って、ニッケル−カドミウム蓄電池の高容量化
や、負極にエネルギー密度の高い水素吸蔵合金を用いた
ニッケル−水素蓄電池等の開発、改良が進められてい
る。この種のアルカリ蓄電池は、水溶液系電池であるた
め大電流での充放電が可能であることが大きなメリット
である。
間にセパレータを介在させ、渦巻状の電極群を構成して
から、正極板と負極板のそれぞれの端面に集電体を溶接
して電池ケース内に組み込んだ後、電解液としてアルカ
リ水溶液を所定量注入して構成されている。
を大電流放電用途に用いた場合、特に低温での大電流放
電が低下していた。これは負極での反応性の低下が、従
来のカドミウムを用いたものにくらべ、水素吸蔵合金を
用いた場合の方が大きいためと推測される。
触抵抗などの電極抵抗に大きな影響をうける。水素吸蔵
合金は低温時に平衡圧が下がるため、水素の放出能力が
低下し活物質の反応性が低下する。その上、低温時には
活物質相互間の接触抵抗などの電極抵抗も増大するた
め、従来からあるカドミウムを用いた負極に比べ、大幅
に反応性が低下していた。
制すること、特に電極抵抗の上昇を抑制して、低温時の
大電流放電特性に優れたアルカリ蓄電池を提供すること
を目的とするものである。
するために、金属酸化物、例えばニッケルの水酸化物を
主構成材料とする正極と水素吸蔵合金からなる負極とセ
パレータからなるアルカリ蓄電池において、負極はその
厚さを正極の厚さの約1/2とするとともに、その単位
面積あたりの容量を10〜40mAh/cm2にしたア
ルカリ蓄電池である。また好ましくは、負極のうち正極
と対向している部分の容量が全負極容量の0.8以上で
あるように設定したことを特徴とするものである。
薄い負極の単位面積あたりの容量を規定したもので、1
0〜40mAh/cm2であるように構成した電池であ
る。また負極の水素吸蔵合金の組成としては、希土類系
水素吸蔵合金、Ti−Ni系、Ti−Mn系、Mg−T
i系、Ti−Zr系、Zr−Mn系を用いることができ
る。
構成を規定したもので、負極の面積および長さ当りの容
量を規定するととも、その正極と対向している部分容量
が全負極容量の0.8以上であるように構成した電池で
ある。
の低下を抑制できて、低温時の大電流放電に優れたアル
カリ蓄電池を提供できる。
o0.75Mn0.4Al0.3(Mmは希土類元素の混合物を表
す)の水素吸蔵合金を、湿式ボールミルにて粉砕して平
均粒径が約30μmのものを用いた。この合金粉末を8
0℃のKOH水溶液中で攪拌処理して可溶成分を粉末表
面から除去した後、この水素吸蔵合金粉末100重量部
に対してカルボキシメチルセルロースを0.15重量
部、カーボンブラックを0.3重量部、スチレン−ブタ
ジエン共重合体を0.8重量部加え、分散剤として水を
適量添加してペーストを作成した。このペーストをニッ
ケルメッキした鉄製パンチングメタルの両面に塗布、乾
燥した後、プレス圧を変えることにより、単位面積あた
りの合金容量を変えた負極板を作製した。そしてこれら
を所定の寸法に切断した。
いたが、この正極板と負極板の長さの比は変更しないよ
うに、負極板の厚みに合せて正極板の厚みを変えたもの
を用いた。セパレータにはスルホン化処理したポリプロ
ピレン製不織布を使用した。
図1に示すよう正極板と負極板の端部が上下にそれぞれ
突出するように渦巻状電極群を作製した後、各極板先端
と略円板状集電体を溶接し、容量2500mAhのSC
サイズの電池A,B,C,Dを作製した。これらは、
(表1)に示すように負極の面積あたりの容量が異なっ
ている。
合金負極板、3はセパレータ、4は電池ケース、5aは
略円板状の正極集電体、5bは同じく負極集電体を示
す。
験を行った。放電特性試験は、充電を20℃、電流値
0.1CmAで電池容量の150%まで行い、一時間放
置した後放電を0℃、電流値1CmAで1.0Vまで行
い、電池容量に対する放電容量の比率の評価を行った。
その結果も(表1)に示す。
あたりの負極容量が低い極板を用いた電池A,B,C
は、同負極容量が高い極板を用いた電池D板に比べて低
温での放電比率が向上していた。
反応性が低下することに起因するが、電池A,B,Cは
Dに比べて負極の影響が小さいためと推測される。
性と活物質相互間、活物質と担体との間の接触抵抗など
の電極抵抗に大きな影響をうける。水素吸蔵合金は低温
時に平衡圧が下がるため、水素の放出能力が低下し活物
質の反応性が低下する。その上、低温時には活物質相互
間の接触抵抗などの電極抵抗も上昇するため、負極の反
応性は従来のカドミウムを用いた負極に比べて大幅に低
下する。
まり水素吸蔵合金の低温時での反応性を改良するか、あ
るいは活物質相互間の接触抵抗等の電極抵抗を小さくす
る方法がある。単位面積あたりの負極容量が低い極板を
用いた本発明は、電極抵抗を小さくするものであり、こ
れは水素吸蔵合金を負極に用いたニッケル−水素蓄電池
に特に有効なものである。
を大きくした場合、水素吸蔵合金の反応性の他に、電極
板が厚くなることにより、負極板表面層の合金と厚み中
央部に位置した集電体としてのパンチングメタルまでの
距離が長くなり、合金相互間の接触抵抗等の電極抵抗の
上昇も無視できないものとなって、負極の反応性が大幅
に低下し、特性低下を起こすためと推測される。
容量を40mAh/cm2以下とした電池A,B,C
は、Dに比べて、極板表面層の合金とパンチングメタル
集電体までの距離が短くなるため、合金間の接触抵抗等
の電極抵抗の上昇が抑制できるため、負極の反応性には
水素吸蔵合金の反応性のみしか影響しなくなり、放電特
性への影響が少ないと思われる。
量の70%程度であれば実用上問題とならないと思われ
るため、負極の単位面積あたりの合金容量は40mAh
/cm2以下にすることが望ましい。
少なくし極板を長尺化することは、負極の水素吸蔵合金
からの水素の放出も増えるため、自己放電量が増加して
自己放電特性が低下することが知られている。種々検討
の結果、実用上の自己放電特性を確保するには、負極の
単位面積あたりの容量が10mAh/cm2以上である
ことが望ましかった。
あたりの容量としては、10〜40mAh/cm2であ
ることが望ましい。
分の容量、すなわち負極の対向容量比について検討し
た。負極には実施例1と同様な手法を用いて作製した極
板を用いた。この極板と組み合わせる正極板には実施例
1と同様ではあるが、焼結式基板の厚みを変えずに長さ
と幅の極板寸法を変えた正極板を用いた。これらを用い
て正極に対する負極の対向容量比が異なる(表2)に示
すような電池E,F,G,Hを作製した。
し、正極と対向している部分の容量の割合いで算出し
た。
験を行った。その結果を(表2)に示す。
と対向している容量の割合いが増加するに伴い、電池と
しての放電特性は向上した。これは前述したように、低
温放電特性の低下は、正極の反応性よりも負極の反応性
低下の影響が大きいためと推測される。
蔵合金は、放電反応への寄与が少ないことが知られてい
る。従って、電池内の水素吸蔵合金を効率よく充放電に
寄与させるためには、負極の正極と対向している部分の
容量比率を大きくすることが重要である。
量比が大きいため、電池内の水素吸蔵合金を効率よく充
放電に寄与させることができて、低温放電特性が向上し
たと推定している。
0℃,1CmAの放電容量が電池容量の70%程度であ
れば実用上問題とならないと思われるため、負極の正極
と対向している部分の負極容量は、全負極容量に対する
割合で0.8以上にすることが望ましい。
量比が全負極容量の0.8以上で、しかも負極の長さ当
りの容量が125〜200mAh/cmで負極の単位面
積あたりの容量が10〜40mAh/cm2である場合
には、低温時の負極の反応性の低下が一層抑制されて効
果的である。
素蓄電池を例にとり説明を行ったが、角型等の平板対向
型形態のニッケル−水素蓄電池であっても、本発明の電
池構成をとることにより同様の効果を得ることができ
る。
の形状は、発泡メタル式、シンター式、塗着式等のいず
れであってもよく、その極板形式に左右されることなく
同様の効果を得ることができる。
位面積あたりの放電容量が10〜40mAh/cm2で
あり、さらに正極と対向している負極部分の容量が全負
極容量の0.8以上であるような電池構成とすることに
より、低温時の負極の反応性の低下を抑制でき、低温時
でも大電流放電に優れたアルカリ蓄電池を提供できる。
Claims (3)
- 【請求項1】金属酸化物を主構成材料とする正極と水素
吸蔵合金からなる負極とセパレータとからなるアルカリ
蓄電池において、前記負極はその厚さが正極のそれの約
1/2であり、その単位面積あたりの容量が10〜40
mAh/cm2であることを特徴とするアルカリ蓄電
池。 - 【請求項2】金属酸化物を主構成材料とする正極と水素
吸蔵合金からなる負極とセパレータとからなるアルカリ
蓄電池において、負極の正極と対向している部分の容量
が全負極容量の0.8以上であることを特徴とするアル
カリ蓄電池。 - 【請求項3】ニッケル水酸化物を主構成材料とする正極
と水素吸蔵合金からなる負極とセパレータとからなるア
ルカリ蓄電池において、前記負極は単位面積あたりの容
量が10〜40mAh/cm2、長さあたりの容量が1
25〜200mAh/cmであって、かつその長さは正
極よりも長く、その正極と対向している部分の容量が全
負極容量の0.8〜1.0であることを特徴とするアル
カリ蓄電池。
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