JPH1186898A - アルカリ蓄電池 - Google Patents

アルカリ蓄電池

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JPH1186898A
JPH1186898A JP9239328A JP23932897A JPH1186898A JP H1186898 A JPH1186898 A JP H1186898A JP 9239328 A JP9239328 A JP 9239328A JP 23932897 A JP23932897 A JP 23932897A JP H1186898 A JPH1186898 A JP H1186898A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負極を改良して、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。 【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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルカリ蓄電池の改
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。
【0002】
【従来の技術】近年、電気機器の軽薄短小化に伴い、そ
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。
【0003】一般にこれらの電池は正極板と負極板との
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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ニッケル−水素蓄電池
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。
【0005】一般に電極の反応性は活物質の反応性と接
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。
【0006】本発明は、低温での負極反応性の低下を抑
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
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。
【0008】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、厚みの
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。
【0009】請求項3に記載の発明は、電池の好ましい
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。
【0010】この構成によれば、低温時の負極の反応性
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。
【0011】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明を詳細に説明する。
【0012】負極材料には、合金組成がMmNi3.55
0.75Mn0.4Al0.3(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。
【0013】正極には、公知の焼結式ニッケル正極を用
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。
【0014】これらの正・負極板とセパレータを用いて
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。
【0015】図中1は、ニッケル正極板、2は水素吸蔵
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。
【0016】これらA〜Dの電池を用いて放電特性の試
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。
【0017】
【表1】
【0018】(表1)の結果から明らかなように、面積
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。
【0019】これは、低温時には正極側よりも負極側の
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。
【0020】一般に電極の反応性は、活物質自体の反応
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。
【0021】低温特性を改良するには負極の反応性、つ
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。
【0022】水素吸蔵合金負極の単位面積あたりの容量
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。
【0023】これに対し、同じ負極の単位面積あたりの
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。
【0024】また0℃,1CmAで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。
【0025】しかし、負極板の単位面積あたりの容量を
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。
【0026】以上の結果より、実用的な負極の単位面積
あたりの容量としては、10〜40mAh/cm2であ
ることが望ましい。
【0027】(実施例2)次に負極の正極と対向する部
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。
【0028】尚、負極の対向容量は、負極の全容量に対
し、正極と対向している部分の容量の割合いで算出し
た。
【0029】上記電池を実施例1と同様に放電特性の試
験を行った。その結果を(表2)に示す。
【0030】
【表2】
【0031】(表2)から明らかなように、負極の正極
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。
【0032】一般に正極と対向していない部分の水素吸
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。
【0033】電池G,Hは、正極と対向している負極容
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。
【0034】以上の結果より、低温放電特性、すなわち
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。
【0035】さらに負極の正極と対向している部分の容
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。
【0036】上記の実施例では、渦巻状のニッケル−水
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。
【0037】また本発明の電池に用いた正極および負極
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。
【0038】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、負極の単
位面積あたりの放電容量が10〜40mAh/cm2
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例での電池の破断図
【符号の説明】
1 ニッケル正極板 2 水素吸蔵合金負極板 3 セパレータ 4 電池ケース 5a 正極集電体 5b 負極集電体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉井 史彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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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