JPS622467A - 水素電池 - Google Patents

水素電池

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JPS622467A
JPS622467A JP60139141A JP13914185A JPS622467A JP S622467 A JPS622467 A JP S622467A JP 60139141 A JP60139141 A JP 60139141A JP 13914185 A JP13914185 A JP 13914185A JP S622467 A JPS622467 A JP S622467A
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battery
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光安 清志
Yuji Sato
優治 佐藤
Shinji Tsuruta
鶴田 慎司
Motoi Kanda
基 神田
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34Gastight accumulators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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】 [発明の技術分野] 本発明は水素吸蔵合金電極を内蔵する水素電池に関し、
更に詳しくは、充放電サイクルの初期段階であっても定
格の充放電効率を発現できる水素電池の素電池構造に関
する。
[発明の技術的背景とその間届点] 木素吸蔵合金を負極材とする水素電池は、そのエネルギ
ーと密度が大きいので広く注目を集めている。この電池
の構造は、概ね、第3図に例示したとおりである。すな
わち、例えばステンレス鋼のような導電材料から成る有
底円筒体の負極毎1に、後述する素電池5が内蔵されて
おり、負極毎lの開口部は電気絶縁性のキャップ2で液
密・気密に封印されている。キャップ2には正極端子3
が配設され、その一端はリード&l1t4を介して素電
池の正極と電気的に接続されている。
負極毎lに内蔵される素電池5は、水素吸蔵合金粉末を
ポリテトラオロエチレンのような結着剤で結着して成る
所定気孔率の負極本体のシートにニッケルネットのよう
な集電体を圧着して成る負J4i5aのシートと1例え
ばポリプロピレンから成る不織布又は織布のセパレータ
5bのシートと、例えばニッケル酸化物(NiOOH)
を活物質とする正極5cのシートをこの順序で重ね合わ
せ、得られた積層シートを負極シートが外側になるよう
にして渦巻状に巻回したものである。そして電池には、
KOHのようなアルカリ電解液が注入される。この水素
電池の場合、まず充電時には負極本体の水素吸蔵合金の
表面で水の電気分解が生起し発生し、水素は該合金に吸
蔵される。また、放電時には、この吸蔵水素が合金から
電解液に放出され電解液中の水酸基と反応して水を生成
する。
ところで、上記した電気化学反応は、負極本体が電池の
外部回路と電気的に導通していること、電解液が負極本
体の水素吸蔵合金と接触していること、を大前提として
成立する反応である。
したがって、後者の条件の充足のためには、電解液が負
極本体内の気孔部分に円滑に滲透していることが重要で
ある。
しかしながら、実際問題としては、電解液の負極本体へ
の滲透速度は極めて遅い、それゆえ、上記した素電池5
を負極毎lに組込んだのち電解液を注入しても、得られ
た水素電池はただちに定格の充放電効率で動作可能な状
態になるわけではなく5組立後、充放電サイクルを複数
回反復して負極本体を活性化させ電解液を滲透せしめる
処理を施し、可及的早期に電池の充放電効率を定格値に
引きあげる処置が行なわれている。
しかしながら、この処置を施した場合、電解液の負極本
体への滲透は上記電気化学反応が生起し易すい集電体近
傍から進行していく、それゆえ、この集電体と負極本体
との位置関係は重要であり、集電体の配設個所が不適で
ある場合には、電池の充放電効率の定格値を充放電サイ
クルの初期段階で得ることはできない。
[発明の目的] 本発明は上記した問題を解消し、充放電サイクルの比較
的初期の段階においても、電池容量が満足のいく水準に
まで達することのできる水素電池、とりわけ改良された
構造の素電池の提供を目的とする。
[発明の概要] 本発明者らは上記目的を達成すべく素電池の構造に関し
鋭意研究を進めたところ、素電池の最外周の巻回部分を
負極のみで形成し、かつ負極に一体的に添着している集
電体をこの部分では外側に露出せしめない場合は、充放
電サイクルの初期段階から充放電効率の高い電池を得る
ことができるとの知見を得、本発明の電池を開発するに
到った。
すなわち、本発明の水素電池は、水素吸蔵合金及び結着
剤を必須成分とする負極本体並びに該負極本体に添着さ
れた集電体とから成る負極にセパレータを介して正極を
積層し、得られた積層体を渦巻状に巻回して成る素電池
を内蔵する水素電池において、該素電池の少なくとも最
外周の巻回部分の外側表面は負極本体のみから成ってい
て集電体が露出していないことを特徴とする。
本発明電池の素電池は、負極、セパレータ、正極の3種
の要素で構成されている。そして、そのうちの負極は負
極本体と集電体とから形成されている。
負極本体は、水素吸蔵合金と結着剤を必須成分として構
成されるが、その導電性を高めるために上記必須成分の
外に更にカーボンブラック、黒鉛微粉のような導電性粉
末や、電極内部への電解液の滲透を促すKOH,LrO
Hのような添加物が所定量添加されていてもよい。
水素吸蔵合金としては、用いる電解液中で充電時には水
素を吸蔵でさかつ放電時には吸蔵水素を放出することが
できるものであればよく、とくに限定されるものではな
い、具体的には、LaNi5 。
M1旧5 (ただし、X厘はミツシュメタルを表わす)
L+*Ni5  (ただし、 LmはLaリッチのミツ
シュメタルを表わす)、又は、これら合金のNiの一部
をA文。
Mn、 Fe、 Go、 Ti、 Cu、 Zn、 Z
r、 Crなどの金属で置換した三元系若しくは四元系
の合金; Mg2 Ni系合金;Ti旧系合金HTiF
e系合金を例示することができる。これら水素吸蔵合金
は通常、平均粒径が100、以下の粉末の形で使用に供
される。
結着剤としては、水素吸蔵合金粉末を結着して電極本体
を賦形し、しかも電解液に対し耐性を有し、かつ適正な
模本性を備えたものであれば何であってもよいが、とり
わけ、水素の吸蔵−放出に伴う水素吸蔵合金の微粉化が
生起しても電極本体の形状を維持し得るような結着力を
有するものが好適である。具体的には、ポリテトラフル
オロエチレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリビ
ニルアルコールのようなものをあげることができる。
負極本体は上記2成分を所定量混合し、得られた混合物
にロール成形法などを適用して所定厚みにシート化する
ことによって製造される。
この負極本体のシートに集電体が添着されて負極となる
。集電体としては例えばニッケルネットをあげることが
できる。添着の態様は様々であるが1例えば、上記負極
本体のシートの片面に集電体を圧着して一体化する態様
(この場合は、負極本体の片面にのみ集電体が添着され
る)、又は、集電体を2枚の負極本体シートで挟み全体
を加圧して一体化する態様(この場合は、集電体はシー
ト表面に露出することなくサンドウィッチ状態で添着さ
れている)をあげることができる。
このようにして得られた負極のシートにセパレータを重
ね更にその上に正極のシートを重ね合わせ、この積層シ
ー・トを渦巻状に巻回すれば素電池が形成される。
本発明電池の素電池は、その最外周の巻回部分ではその
外側表面が負極本体のみから構成されており、かつ、集
電体が露出していない状態になっている。
例えば、負極本体の片面にのみ集電体を添着した負極の
シートを用いた場合の、本発明にかかる素電池の具体例
を第1図に示す、第1図において、5a、 5b、 5
cがそれぞれ負極、セパレータ5正極を表わすことは第
3図の場合と同じである0図で、最外周の部分の外側表
面では負極5aの負極本体5a□の面のみが露出してお
り、集電体5a2は、負極本体5a□の内側にあって、
負極本体5a□の外側表面に露出することはない、すな
わち、最外周部分では集電体5a2はセパレータ5bを
介して正極5cと近接して対向している。
このような配列の素電池を構成するためには。
負極5aをセパレータ5bと重ね合わせる際に、セパレ
ータ5bを負極5aの集電体5b2が存在する側の面に
重ね合わせ、更に正極5Cを重ね合わせたのち、正極を
内側に包み込むように、すなわち、負極5aの負極本体
5alの面が外側になるようにして巻回すればよい。
この構成の素電池の場合には、最外周部分も含めて、正
極と集電体とは全て電解液が含浸しているセパレータを
介して近接して対向しているので、充放電サイクル時に
は素電池の全ての個所で負極本体の活性化が生起するこ
とになり初期段階で充放電効率が上昇することになる。
これとは逆に、正極が外側になるように巻回した素電池
の場合には、それを組込んだとき、素電池の正極と負極
である負極毎とが接触して短絡するので不都合である。
短絡防止のためには、両者の間にセパレータを介在せし
めればよいが、しかしそれは組立て工程を煩雑にする。
また、素電池の最外周巻回部分に集電体が露出している
場合は、最外周部分においては、正極と集電体との間に
は、正極側(内側)からみてセパレータ、負極本体が介
在してる状態で電池が組立てられている。この状態の場
合、電解液を注入しても、電解液は円滑に負極本体内に
滲透して外面の集電体近傍にまで到達しない、したがっ
て、充放電サイクル時には、集電体近傍から開始される
負極本体の活性化はただちに生起することがないため、
充放電効率の上昇が初期段階で達成されにくくなる。
[発明の実施例] 実施例 25℃における平衡圧0.4aLwのLaNi4,7A
uO,3粉末(粒径的20x)98重量部とポリテトラ
フルオロエチレン粉末(粉末的20%) 4重量部とを
混合し、得られた混合物をロール成形して厚み0.5■
の負極本体シートを得た。このシートの片面に、40メ
ツシユ、厚み0.31腸のニッケルネットを重ねたのち
プレス圧着して厚み0.55℃璽の負極シートにした。
この負極シートのニー2ケルネツト側の面にポリプロピ
レンから成るセパレータを重ね、更にその上にニッケル
酸化物(N 1cOH)を活物質とする正極シートを重
ねた。
この積層シートを、負極シートを外側にして巻回して第
1図に示したような素電池を製造した。
この素電池をステンレス鋼製の負極缶の中に収納し、 
8N KOHの電解液を注入したのち、常法のとおりの
組立て操作を行なって単玉サイズの水素電池を製作した
比較のため、前述した積層シートの巻回態様を逆にして
正極シートが外側になるような素電池を製造し、負極缶
との間にセパレータを介して収納し同様の単玉サイズの
水素電池を製作した。
これら2種類の水素電池につき充放電サイクルテストを
行ない、そのときの充電容量に対する放電容量の変化(
充放電効率二%)を測定し、その結果を第2図に示した
0図中、÷は本発明電池、−ローは比較例電池である。
なお、充放電サイクルテストの条件は、充電電流200
層A、充電時間2.5時間、放電電流200■A、放電
終了電圧0.9vであった。
2図から明らかなように1本発明の水素電池は充放電サ
イクルテストの初期段階から高い充放電効率を示してい
る。
[発明の効果] 以上の説明で明らかなように、本発明の水素電池は、充
放電サイクルの初期段階から高い充放電効率を示す、そ
のため、水素電池の製造工程において、電池活性を付与
するための充放電サイクル工程を省略し得る回部性もあ
るため、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明電池に組込んだ素電池の巻回態様を示
す図である。第2図は充放電サイクル回数と充放電効率
の関係を表わす図である。第3図は水素電池の構造を例
示する縦断面図である。 l・・・負極缶、   2・・・キャップ。 3・・・正極端子、  4・・・り−1L5・・・素電
池、    5a・・・負極。 5aI・・・負極本体、5a2・・・集電体。 5b・・・セパレータ、  5c・・・正極。 第2図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、水素吸蔵合金及び結着剤を必須成分とする負極本体
    並びに該負極本体に添着された集電体とから成る負極に
    セパレータを介し正極を積層し、得られた積層体を渦巻
    状に巻回して成る素電池を内臓する水素電池において、
    該素電池の少なくとも最外周の巻回部分外側表面は負極
    本体のみの表面から成っていて集電体が露出していない
    ことを特徴とする水素電池。 2、集電体が、素電池の負極本体の内側表面に配設され
    ている特許請求の範囲第1項記載の水素電池。
JP60139141A 1985-06-27 1985-06-27 水素電池 Expired - Lifetime JPH0763022B2 (ja)

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