JPS6149384A - 金属−水素アルカリ蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は正極が金属酸化物、負極が水素吸蔵合金により
構成されｔｃ密閉型の金属−水素アルカリ蓄屯イ也に関
するものである。

（（７１従来の技術 従来からよく用Ａられる蓄電池としては鉛電池及びニッ
ケルーカドミウム電池があるが、近年これらの電池よυ
幅量で高容環となる可能性があるということで金属−水
累濯池が注目されるようになつＣきた。全屈−水素電池
には水酸化ニッケルなどの金属酸化物から構成される正
極と、水素企可逆的に吸蔵及び放出することのできる水
素吸蔵合金から１１り成される負極と金備えたものがあ
り。

この水素吸蔵合金である金属水素化物から４１゛乍成さ
れる水素吸蔵２極は、一般に特公昭５Ｂ−４６８２７号
公報に於いて提案されるように、水素吸蔵合金粉末を感
電材粉末と共に焼結して多孔体を作製し、これを水禦ｒ
ｅ、蔵成極とする方法、あるいは特開昭５３−１０３５
．！！ｉ号公報に於いて提案されるように水素吸蔵合金
粉末と２３電材粉末とｆ、結着剤によって結合させて水
素吸ｉｙ、電極とする方法によって作製されている。

こうして作製された水素吸蔵２極は、活物質である水素
の吸蔵量によって極板容量が決まるため、水素の吸蔵量
は多い程好ましい・ところが、負極を１１“・１成する
水素吸蔵合金には水素吸蔵量が温度と圧力に強く依存す
る性質があり、一般に水素を充分に吸蔵するにはある一
定の圧力が必要であって、この圧力は温間の上昇と共に
高ぐなる。したがって、電池の構成条件によって水素の
吸蔵量が変化するため、開放型４池では充分な圧力が得
られなｂため水素吸蔵ｎが少なく、また密閉型′電池に
於＾ても電池内部ガスが極端に大きくなると充分な水素
吸蔵量が得られず、満足のできる極板容量を得ることが
できないという問題点があった。

ｔ、／９　　発明が解決しようとする問題点本発明は負
極である水素吸ｆＪ、電極が充分な量の水素を吸蔵し、
安定した負極容量を有する金属−水素アルカリ蓄電池を
得ようとするものである。

に）問題点を解決するための手段 本発明は金属−水素アルカリ蓄電性を弁を備えた密閉型
電池に購成し、前記弁の作動圧を負極の水素吸蔵電極が
水素を吸蔵する平衡圧以上で且つ２０ζ以下となる様に
設定するものである。

σＮ作　用 負極の水素吸蔵゛九個は充電の際に水素吸蔵合金が水素
を吸蔵し、放電の際に水素を放出する・この水素吸蔵合
金の水素吸蔵量は水素吸蔵合金の種類によっても興なる
が一般に何れの水素吸蔵合金を用いた場合に於いても、
周囲の圧力が高くなる程水素吸蔵電極の水素吸蔵量は増
大し、ある一定の圧力、即ち水素１吸蔵′１！２極が水
素を吸ｌ我する平衡圧まで周囲の圧力が１５くなると水
素吸蔵量ばほぼ一更とな）それ以上圧力が高められても
水素吸１］浅計は増大しなくなる。

金属−水素アルカリ蓄１゛に池は、密閉した葉に４池を
石・１成すると、光重を行なう際に水素吸蔵電極がその
ときの１匡池内部圧力に於ける吸蔵可能な水素を吸蔵し
ていない１副は水累吸戯鑞極内に水素が吸蔵されて行き
、吸蔵可能な量の水素を吸蔵すると水素吸蔵１べ極から
水素が発生する。この場合、１は池内部圧力が水素吸蔵
Ｉ匡洲の水素吸蔵平衡圧より低いときには、水素吸蔵電
極が吸蔵可能な水素を吸蔵すると、水素の発生及び水素
の吸蔵を行なって電池内部圧力が上昇すると共に水素吸
１成電も増力口し、また、前記水素の発生または電池組
立時にガスを４池内に〃ｕ圧充填することなどによって
４池内部圧力が水素吸蔵合金返の水素吸蔵平衡圧以上と
なっているときは、水素吸蔵゛成極が吸蔵可能な水素を
吸蔵すると、過充電時には水素吸蔵量の増加はほとんど
なく主に水素の発生のみが生じる・モしてｄ池内部圧力
が更に高＜２０匁以上のときけ、充放尼反応が進み難く
なって負極容積が減少する。したがって、金凡−水素ア
ルカリ蓄′電池を弁ｆ！：媚えた密閉型電池に宿成し、
弁の作動圧を負極の水素吸蔵ｒ３極が水素を吸蔵する圧
力以上で且つ２０￥Ｊ以下の範囲内に校定することで、
充電の際に電池内部をボ、（吸蔵６極が充分な瓜の水素
を吸蔵可能な圧力にすることができる。

四　夷　施　例 負極に水素吸蔵合金、正極に全屈酸化物を用する代入的
な４池としてニッケルー水素゛成池がある。かかる１池
を用いて本発明の一実姫例を説明する。

水素吸蔵能力を有するＬａＮｉ５を機械的に微粉化し、
このＬａＮｉ５粉末に小さなぜん断力で粒子が簡単に繊
維化し塑性変形するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）粉末を、ＬａＮｉ５粉末の重量に対して５％添加
して混合機で均一に混合すると同時にポリテトラフルオ
ロエチレン金繊維化させ、これに水を加えてペースト状
にする。このペーストをニッケル板の両面にけりつけて
４６１４ｍ、横５Ｇ、厚み１間の水累吸１藏電罹を得る
。こうして作製された水素吸藏’ｉｆｆ、＝陰と２００
ＯＦＦＩＡＨの容置を有する焼結式ニッケル正極との間
にセパレータを介して電極体を借成し、このＣに接体を
電池外装缶に仲人した後アルカリ電解液を注入し、封口
全行なって密閉梨ニッケルー水累電池を作製した。

Ｉ！ｉ７１面は上記４池（ｉｌ−２０°Ｃ１４０°Ｃ及
び６０’Ｃの各温度に於いて［ｑ池内部圧力を変化させ
て充放電したときの負極の放電容１はを示したものであ
り、同れの温度に於いてもｔに池内副圧力が高まるにつ
れて負極容量が増加して行きある一定の圧力、すなわち
水素吸蔵電極が水素を吸蔵する平衡圧になるとそれ以上
電池内部圧力が高められても負極容量はほぼ一定となり
、２０犠を越えると容量１が減少することがわかる。

次いで上記４池を、作動圧が夫々３η、１５４２２′Ｉ
Ｉである弁を備えた封口蓋体によって封口して作製し、
４０°Ｃに於いて充放４を行ない負極容ｉ武を測定した
。この結果を１表に示す。

表より弁作動圧が１５４である“電池の負極容Ｑは弁作
動圧が３η及び２２負である電池の負面容はより大きく
なることがわかる。ここ（ｌて於いて弁作動圧が３力で
ある電池の負色容：λｔが低いの一成池内部圧力が水素
吸蔵電極の水素吸蔵平衡圧まで高まるまでに弁が開くた
め十分な圧力が得られないからである。また弁設定圧が
２２￥Ｊであるε池の負極容量が低いのは、′ｒＥ池内
池内方圧カフ３２０−・」イと） えること（Ｃよシミ解液分布に著しい不工勾−崇塔：が
生じるからであり、特にこの種金ｊ爪−水素′諷池では
水と陰分極することによシ水素を吸１裁して２す、この
水素吸蔵反応が発熱反応であることも手云って負甑板内
部及び負極板近傍には水分子の存在が減少する。この時
低圧で作動している電池では内圧が低いため正極あるい
はセパレータから負極周辺部に７よ解液がスムーズに移
動して充電反応が進むが、電池内部圧力が２０ζ以上に
なると電池内のイＲ成部位に保持されている電解液の移
動が起こり雉〈なり充電反応が進行し雉くなる。更にこ
の種４池では過充４時に′電池内部圧力が高いと極板間
にガスが溜９放電時の抵抗が大となり、ガスの蓄積によ
る放′ｍ不良ひいては次サイクル以降の充放電不良を引
き起こし好ましくない。これに対して弁作動圧が１５ζ
である４池は、水素吸蔵電極が水ＩＡ’ｃ吸蔵する平衡
圧になるまで弁が作動することがなく、また充）π反応
が進行し雉くなる２０４以上にまで電池内部圧力が上昇
することがないため、電池内部圧力を水素吸蔵電極が充
分に水素を吸蔵する圧力に保持することができ、負極容
量が大きくなっている。また、このように水素吸蔵電極
が充分に水素を吸蔵するための弁作動圧は水素吸蔵成極
が水素を吸蔵する平衡圧以上で２０〜以下の範囲内であ
り、この範囲内に弁作動圧を設定することにより負極容
量を効率よく大きくすることができる。

また１図面から明らかなように、電池を充放電する温度
によりで最大容量に到達する電池内部圧力（＝　弁作動
圧）は異なって訃り、この圧力は各温度に於ける水素吸
蔵電極の水素を吸蔵する平衡圧に一致すると共に温度の
上昇に伴って高くなるので、弁作動圧は使用条件に合わ
せて設定すればよいが、弁作動圧の設定範囲は上限が同
一で、下限が温度の上昇に伴って高くなるため、想定さ
れる使用温度の最も高い温度に於ける弁作動圧の前記設
定範囲に作動圧を設定することでそれ以下の温度で使用
した場合に於いても負極容量と最大にすることができる
。つまり、一般にアルカリ蓄電池は７０°Ｃ以上で使用
すると■水素吸蔵合金には高温アルカリ電解液中で化学
反応を起こして物質変化し、水素の吸蔵・放出の可逆反
応を維持できなくなり、サイクル経過と共に次第に容量
低下を引き起こすものがある。■正極及び水素吸蔵電極
の自己放電が増大して保存特性が悪くなる。特に水素吸
蔵合金は放′１ＦＬ（水素の放出）が吸熱反応であるた
め高温では自己放電が促進される。■アルカリ′電＋’
ｒｌ＝　ｉｒ！ｌのクリープ現象のため―Ｃ夜し一？す
くなる。そのため、カシメ法による虚聞化が内錐となジ
ム−メチックシールのように特殊な栂造が必要となる。

■正砺１例えばニジ・ケル極でＶｉ酸素ガス発生反応が
大となり充電効率が減少するという、＆へ影；鐸が生じ
ると考えられる／ヒめ、使用温度題囲は７０”Ｃを上限
とすれば充分でるシフ０”Ｃｖζ於ける水素吸蔵電極の
水素を吸蔵する平衡圧以上２０η以下Ｖζ弁作ｖｔｂＩ
ＩＥｔ設定することによって、より広ＩＡ？ｉ情度範囲
で使用が可能となる。

上記実施例では、水素吸蔵合金にＬａＮｉ５を使用した
金属−水素アルカリ蓄電池について説明したが、本発明
はＬａＮｉ５に限定されるものではなく、他のすべての
水素吸蔵合金を負極材料に使用した金属−水素アルカリ
蓄電池に適用きれるものである。

（ト１　づｄ明の効果 本発明の金１，４−水素アルカリ蓄電池は、正極が全１
酸化物、負色が水素吸蔵合金により青成さされた弁付の
密閉型電池であって、負極が水紫金吸蔵する平衡圧以上
で且つ２０￥２以下に前記弁の作動圧が設足されたもの
であるから、負極が水素を吸蔵する圧力以下であるがた
めに充分に水素を吸蔵できなりこと及び圧力が高くなり
過き゛成屏液の移動が起こり嬌くなることが防止でさ、
負極である水素吸１１ぷ電極が充分の量の水素を吸蔵及
び放出することができるため、安定した寅甑容４を・釘
する金ｊボー水累アルカリ蓄ｉＥ池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面は、戒池内部圧力と４池の放心容量との関係を示す
図面である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）正極が金属酸化物、負極が水素吸蔵合金により構
   成されている弁付の密閉型心地であって、前記弁の作動
   圧を、負極が水素を吸蔵する平衡圧以上で且つ２０■以
   下の範囲内に設定したことを特徴とする金属−水素アル
   カリ蓄電池。