KR20190043086A - 정극 및 그것을 구비하는 알칼리 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

알칼리 이차 전지 (100) 용의 정극 (101) 으로서, 정극 기재와, 상기 정극 기재의 적어도 일방의 표면에 형성된 정극 합재를 포함한다. 상기 정극 기재는, Ni 박 또는 Ni 도금 강박을 포함한다. 정극 합재는, 정극 활물질을 함유하고, 정극 활물질은, 옥시수산화코발트로 피복된 수산화니켈을 함유한다. 정극 기재의 상기 일방의 표면에 대한 정극 합재의 겉보기 중량이 0.02 ∼ 0.035 g/㎠ 이다.

Description

정극 및 그것을 구비하는 알칼리 이차 전지{POSITIVE ELECTRODE AND ALKALINE SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 개시는 정극 및 그것을 구비하는 알칼리 이차 전지에 관한 것이다.
알칼리 이차 전지용의 정극의 기재로는, 집전성 등의 향상을 위해서 종래부터 발포 니켈 기판 (다공질 시트) 이 사용되고 있다. 또한, 일본 공개특허공보 2002-175833 에는, 둘레 가장자리부에 버부 (burr part) 를 갖는 복수 개의 개구가 형성된 다공질 금속 시트에, 분말 압연법에 의해서 전극 합재를 담지시켜 이루어지는 정극을 구비하는 알칼리 이차 전지가 개시되어 있다.
발포 Ni 다공질 시트 등의 다공질 구조 (스펀지 구조) 를 갖는 기재는, 집전성은 높지만, 다공질이기 때문에 전기 저항이 높아진다는 문제가 있었다. 전기 저항이 높은 정극 기재를 사용한 알칼리 이차 전지는, 전지 저항 (내부 저항) 이 높아지기 때문에 손실이 크고, 고출력화가 어려워진다.
알칼리 이차 전지의 저손실화 및 고출력화를 도모하기 위해서는, 알칼리 이차 전지의 추가적인 저저항화 (내부 저항의 저감) 가 요망된다. 특히, 고출력화가 요구되는 하이브리드 자동차 (HV), 플러그인 하이브리드 자동차 (PHV), 전기 자동차 (EV) 등의 구동용 전원 (차재용 전지) 으로서 사용되는 알칼리 이차 전지에서는, 추가적인 저저항화에 대한 요망이 높다.
따라서, 본 개시는 알칼리 이차 전지의 내부 저항을 저감하는 것이 가능한 알칼리 이차 전지용의 정극, 및, 그것을 사용한 알칼리 이차 전지를 제공한다.
본 개시의 제 1 양태는, 알칼리 이차 전지용의 정극으로는, Ni 박 또는 Ni 도금 강박을 포함하는 정극 기재와, 상기 정극 기재의 적어도 일방의 표면에 있는 정극 합재를 포함한다. 상기 정극 합재는, 정극 활물질을 함유한다. 상기 정극 활물질은, 옥시수산화코발트로 피복된 수산화니켈을 함유한다. 상기 정극 기재의 상기 일방의 표면에 대한 상기 정극 합재의 겉보기 중량이 0.02 ∼ 0.035 g/㎠ 이다.
본 개시의 알칼리 이차 전지용의 정극 (이하 「정극」으로 약기되는 경우가 있다) 에 있어서는, 정극 기재로서 Ni 박 또는 Ni 도금 강박을 사용함으로써, 동일한 용적의 다공질 기재를 사용한 경우에 비해서, 정극 기재의 전기 저항은 저감된다고 생각된다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 의해서, 단순히 정극 기재로서 Ni 박 또는 Ni 도금 강박을 사용한 것만으로는, 그 정극을 구비하는 전지의 내부 저항을 저감하는 것은 어렵고, 정극 기재의 편면에 대한 정극 합재의 겉보기 중량을 0.02 ∼ 0.035 g/㎠ 의 범위로 한정함으로써, 정극 기재가 다공질 기재인 경우에 비해서, 전지의 내부 저항을 저감하는 효과가 얻어지는 것을 알아내었다.
이것은, 정극 합재의 겉보기 중량이 커지면, 정극 전체의 도전성이 악화되기 때문에, 전지의 내부 저항을 저감하는 효과가 충분히 얻어지지 않기 때문으로 생각된다. 또, 정극 합재의 겉보기 중량이 작아지면, 세퍼레이터의 비율 (두께) 이 커져 전극군 (정극, 부극 및 세퍼레이터) 전체의 저항이 증가하기 때문에, 전지의 내부 저항을 저감하는 효과가 충분히 얻어지지 않게 된다고 생각된다
따라서, 본 개시에 의하면, 정극 기재로서 Ni 박 또는 Ni 도금 강박을 사용하여, 정극 기재의 편면에 대한 정극 합재의 겉보기 중량을 0.02 ∼ 0.035 g/㎠ 로 함으로써, 알칼리 이차 전지의 내부 저항을 저감하는 것이 가능한 알칼리 이차 전지용의 정극을 제공할 수 있다.
상기 제 1 양태에 있어서, 정극 기재의 두께가 5 ∼ 35 ㎛ 여도 된다. 정극 기재 (Ni 박 또는 Ni 도금 강박) 의 두께가 이 범위 내임으로써, 전지의 내부 저항을 저감하는 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있다. 이것은, 정극 기재의 두께가 지나치게 얇으면, 정극 기재의 저항이 증가하기 때문에, 전극군 (정극, 부극 및 세퍼레이터) 전체의 도전성이 저하되기 때문으로 생각된다. 또, 정극 기재의 두께가 지나치게 두꺼우면, 활물질 (정극 활물질) 의 비율이 상대적으로 적어지는 점에서, 전극군 전체의 도전성이 저하되기 때문으로 생각된다.
본 개시의 제 2 양태는, 알칼리 이차 전지 (이하 「전지」로 약기되는 경우가 있다) 로서, 상기 정극을 포함한다. 상기 정극을 구비함으로써, 전지의 내부 저항을 저감시킬 수 있다. 또, 전지의 내부 저항의 저감에 의해서, 전지의 저손실화, 고출력화 등이 기대된다.
상기 제 2 양태에 있어서, 수소 흡장 합금을 포함하는 부극을 추가로 포함해도 된다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 장점들, 그리고 기술적 및 산업적 중요성은 첨부되는 도면들을 참조하여 이하에서 설명될 것이고, 동일한 도면 부호들은 동일한 엘리먼트들을 나타낸다.
도 1 은, 본 실시형태의 알칼리 이차 전지의 구성의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2 는, 시험예 1 에 있어서의 정극 합재의 겉보기 중량과 전지의 직류 내부 저항 (DCIR) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 시험예 2 에 있어서의 정극 기재 (Ni 박) 의 두께와 전지의 직류 내부 저항 (DCIR) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 개시의 실시형태 (본 실시형태) 가 설명된다. 단, 이하의 설명은, 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다.
본 실시형태에 있어서, 「알칼리 이차 전지」란, 전해액이 알칼리 수용액인 이차 전지의 총칭이다. 알칼리 이차 전지로는, 예를 들어 니켈수소 전지, 니켈카드뮴 전지, 니켈아연 전지, 니켈철 전지 등을 들 수 있다.
이하에서는, 알칼리 이차 전지의 일례로서, 니켈수소 전지에 대해서 설명하지만, 본 실시형태의 알칼리 이차 전지는, 본 개시의 정극을 구비하는 한, 니켈수소 전지에 한정되어야 하는 것은 아니다.
＜알칼리 이차 전지＞
도 1 은, 본 개시의 실시형태에 관련된 알칼리 이차 전지의 구성의 일례를 나타내는 개념도이다. 전지 (100) 는 케이스 (105) 를 구비한다. 케이스 (105) 에는, 전극군 (104) 및 전해액 (도시하지 않음) 이 수납되어 있다.
케이스 (105) 는 밀폐되어 있다. 케이스 (105) 는, 예를 들어 Al 합금, 스테인리스 (SUS), 철 (Fe) 등의 금속제여도 되고, 수지제여도 된다. 케이스 (105) 는, 전류 차단 기구 (CID), 가스 배출 밸브, 주액공 등을 구비하고 있어도 된다.
전극군 (104) 은, 정극 (101), 부극 (102) 및 세퍼레이터 (103) 를 포함한다. 정극 (101) 은, 세퍼레이터 (103) 를 사이에 두고, 부극 (102) 과 대향하고 있다. 정극 (101), 부극 (102) 및 세퍼레이터 (103) 에는 전해액이 함침되어 있다.
예를 들어, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 정극 (101), 세퍼레이터 (103), 부극 (102) 및 세퍼레이터 (103) 가, 정극 (101) 과 부극 (102) 사이에 세퍼레이터 (103) 가 개재하도록 적층되고, 또한, 소용돌이상으로 권회됨으로써, 전극군 (104) 이 제조될 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 세퍼레이터 (103) 를 사이에 두면서, 정극 (101) 과 부극 (102) 이 교대로 적층됨으로써, 전극군 (104) 이 구성되어 있어도 된다.
또, 바이폴라 전극판이 적층됨으로써, 바이폴라 구조를 갖는 전극군 (104) 이 구성되어 있어도 된다. 바이폴라 전극판은, 집전판 (기재), 그 집전판의 일방의 면에 배치되어 있는 정극 활물질층, 및, 그 집전판의 타방의 면에 배치되어 있는 부극 활물질층을 포함한다. 바이폴라 구조를 갖는 전극군에 의해서, 콤팩트하고 높은 전압을 갖는 전지를 구성하는 것이 가능해진다. 또한, 바이폴라 전극의 기재는, 그 표리에 정극 합재와 부극 합재가 배치되기 때문에, 발포 니켈 등의 다공질 재료는 사용할 수 없어, 기재로서 금속박 등을 사용할 필요가 있다.
《정극》
정극 (101) 은, 정극 기재와 그 정극 기재의 적어도 일방의 표면에 형성된 정극 합재를 포함한다. 정극 (101) 은, 예를 들어 판상, 시트상 등일 수 있다. 그 평면 형상은, 예를 들어 띠상, 사각 형상 등이어도 된다. 정극 (101) 은, 예를 들어 10 ㎛ ∼ 1 ㎜ 정도의 두께를 가져도 된다.
정극 기재는, Ni 박 또는 Ni 도금 강박이다. 정극 기재의 표면은, 반드시 평면일 필요는 없다. 정극 기재의 두께는, 바람직하게는 5 ∼ 35 ㎛ 이다. 정극 기재의 두께가 이 범위 내일 경우, 전지의 내부 저항을 저감하는 효과가 보다 확실하게 얻어진다고 생각된다
정극 합재는, 정극 활물질을 함유한다. 정극 활물질은, 옥시수산화코발트로 피복된 수산화니켈을 함유한다.
여기서, 수산화니켈은, 정극 활물질로서 기능한다. 즉, 수산화니켈은, 방전 상태에서는 수산화니켈 (II)〔Ni(OH)2〕이고, 충전 상태에서는 옥시수산화니켈〔NiOOH〕이다. 따라서, 본 개시에 있어서, 「수산화니켈을 함유하는」이란, 수산화니켈 (II) 및 옥시수산화니켈의 적어도 일방을 포함하는 것을 의미한다.
따라서, 정극 활물질의 원료로서, 방전 상태의 수산화니켈 (II) 을 준비해도 되고, 충전 상태의 옥시수산화니켈을 준비해도 된다.
본 실시형태의 정극은, 전지에 장착되기 전의 정극이어도 되고, 전지에 장착된 후의 정극이어도 된다.
전지에 장착되기 전의 정극에 있어서, 정극 활물질이 「옥시수산화코발트로 피복된 수산화니켈을 함유하는」경우의 예로는, 미리 옥시수산화코발트〔CoOOH〕로 피복된 수산화니켈 분말 등을 정극 활물질의 원료로서 사용하여 정극이 제조되는 경우를 들 수 있다.
또, 전지에 장착된 후의 정극에 있어서, 정극 활물질이 「옥시수산화코발트로 피복된 수산화니켈을 함유하는」경우의 예로서도, 동일하게, 미리 옥시수산화코발트〔CoOOH〕로 피복된 수산화니켈 분말 등을 정극 활물질의 원료로서 사용하여 정극이 제조되는 경우를 들 수 있다.
단, 전지에 장착된 후의 정극에 있어서, 정극 활물질이 「옥시수산화코발트로 피복된 수산화니켈을 함유하는」경우의 예로는, 이외에도, 미리 수산화코발트〔Co(OH)2〕로 피복된 수산화니켈 분말 등을 정극 활물질의 원료로서 사용하여 정극이 제조되는 경우를 들 수 있다. 여기서, 수산화코발트로 피복된 수산화니켈은, 초기 충전 등에 의해서 수산화코발트가 불가역적으로 산화되어 옥시수산화코발트로 됨으로써, 「옥시수산화코발트로 피복된 수산화니켈」이 된다.
또, 전지에 장착되기 전의 정극에 있어서, 수산화니켈이 수산화코발트 또는 옥시수산화코발트로 피복되어 있지 않아도, 정극 합재가 수산화코발트 (도전재) 를 함유하고 있는 경우에는, 전지에 장착된 후의 정극에 있어서, 정극 활물질이 「옥시수산화코발트로 피복된 수산화니켈을 함유하는」경우가 있다. 수산화코발트가 전해액 (알칼리 수용액) 에 일단 용해한 후, 수산화니켈 표면에 석출되고, 초기 충전시에 산화되어 옥시수산화코발트로 되기 때문이다.
또한, 「옥시수산화코발트로 피복된 수산화니켈」이란, 수산화니켈의 표면의 적어도 일부가 피복되어 있는 것을 의미하고, 수산화니켈의 표면 전체가 피복되어 있을 필요는 없다.
옥시수산화코발트로 피복된 수산화니켈을 함유하는 한, 정극 활물질은, 그 밖의 원소, 화합물 등을 함유해도 된다. 그 밖의 원소로는, 예를 들어 마그네슘 (Mg), 알루미늄 (Al), 망간 (Mn), 아연 (Zn) 등을 들 수 있다.
정극 활물질이 분말인 경우, 그 분말은, 예를 들어 1 ∼ 30 ㎛ 의 평균 입경을 가져도 된다. 본 명세서의 「평균 입경」은, 레이저 회절 산란법에 의해서 측정되는 체적 기준의 입도 분포에 있어서, 미립측으로부터의 누적 체적이 전체 체적의 50 ％ 가 되는 입경을 나타낸다. 정극 활물질은, 합성된 것이어도 되고, 구입된 것이어도 된다.
정극 합재는 정극 활물질을 함유하는 한, 그 밖의 재료를 함유해도 된다. 그 밖의 재료로는, 예를 들어 바인더, 도전재 등을 들 수 있다.
바인더는 특별히 한정되어서는 안 된다. 바인더는, 예를 들어 카르복시메틸셀룰로오스 (CMC), 폴리비닐알코올 (PVA), 하이드록시프로필셀룰로오스 (HPC), 폴리아크릴산 (PAA), 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체 (PFA), 테트라플루오로에틸렌·헥사플루오로프로필렌 공중합체 (FEP), 스티렌부타디엔 고무 (SBR), 아크릴로니트릴부타디엔 고무 (NBR) 등이어도 된다. 1 종의 바인더가 단독으로 사용되어도 되고, 2 종 이상의 바인더가 조합되어 사용되어도 된다. 바인더의 함유량은, 예를 들어 100 질량부의 정극 활물질에 대해서 0.1 ∼ 10 질량부여도 된다.
도전재도 특별히 한정되어서는 안 된다. 도전재는, 예를 들어 카본 블랙, 기상 성장 탄소 섬유 (VGCF), 흑연, 산화코발트 (CoO), 수산화코발트〔Co(OH)2〕등이어도 된다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 정극 활물질인 수산화니켈이 수산화코발트 또는 옥시수산화코발트로 피복되어 있지 않은 경우에는, 도전재는 수산화코발트를 함유한다. 1 종의 도전재가 단독으로 사용되어도 되고, 2 종 이상의 도전재가 조합되어 사용되어도 된다. 도전재의 함유량은, 예를 들어 100 질량부의 정극 활물질에 대해서 0.1 ∼ 20 질량부여도 된다.
예를 들어, 정극 활물질, 바인더 등을 함유하는 정극 합재의 원료 분말과 용매를 혼합함으로써, 정극 페이스트가 조제된다. 용매는, 바인더의 종류 등에 따라서 적절히 선택될 수 있다. 용매는 전형적으로는 물일 수 있다. 그 정극 페이스트가 정극 기재의 표면에 도공되고, 건조됨으로써, 정극이 제조될 수 있다. 정극은, 소정의 두께를 갖도록 압연되어도 된다. 재단기 등에 의해서, 정극이 소정의 형상을 갖도록 재단되어도 된다. 정극은, 예를 들어 띠상, 사각 형상 등의 평면 형상을 갖도록 재단될 수 있다.
정극 기재의 편면에 대한 정극 합재의 겉보기 중량 (단위 면적당 질량) 은, 0.02 ∼ 0.035 g/㎠ 이다. 또한, 정극 합재의 겉보기 중량을 이 범위로 설정함으로써, 정극 기재가 다공질 기재 (발포 Ni 등) 인 경우에 비해서, 전지의 내부 저항을 저감할 수 있다.
상기한 정극 합재의 겉보기 중량에 대해서, 정극 합재의 두께는, 예를 들어 편면당 70 ∼ 120 ㎛ 이다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 정극 페이스트를 사용한 정극의 제조 방법에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 본 실시형태의 정극은, 예를 들어 분말 압연법 등에 의해서 정극 합재를 정극 기재의 표면에 담지함으로써 제조되어도 된다.
《부극》
부극 (102) 은, 예를 들어 판상, 시트상 등일 수 있다. 그 평면 형상은, 예를 들어 띠상, 사각 형상 등이어도 된다. 부극 (102) 은, 예를 들어 10 ㎛ ∼ 1 ㎜ 정도의 두께를 가져도 된다.
부극 (102) 은 수소 흡장 합금을 포함한다. 수소 흡장 합금은, 수소를 가역적으로 흡장 방출하는 합금이다. 수소 흡장 합금은, 부극 활물질로서 기능한다. 수소 흡장 합금은 특별히 한정되어서는 안 된다.
수소 흡장 합금으로는, 예를 들어 AB 형 합금 (예를 들어, TiFe 등), AB2 형 합금 (예를 들어, ZrMn2, ZrV2, ZrNi2 등), A2B 형 합금 (예를 들어, Mg2Ni, Mg2Cu 등), AB5 형 합금 (예를 들어, CaNi5, LaNi5, MmNi5 등) 등을 들 수 있다. 또한, 「Mm」는 미슈 메탈이라고 칭해지는 희토류 금속의 혼합물을 나타낸다. 1 종의 수소 흡장 합금이 단독으로 사용되어도 되고, 2 종 이상의 수소 흡장 합금이 조합되어 사용되어도 된다. 수소 흡장 합금의 분말은, 예를 들어 1 ∼ 30 ㎛ 의 평균 입경을 가져도 된다.
부극 (102) 은, 예를 들어 수소 흡장 합금의 성형체여도 되고, 수소 흡장 합금이 부극 기재에 유지된 것이어도 된다.
부극 기재로는, 예를 들어 다공질 금속 (발포 니켈 기판 등), 천공 금속판 (펀칭 메탈) 등을 들 수 있다. 천공 금속판은, 예를 들어 철제여도 된다. 천공 금속판은, 예를 들어 니켈 도금이 실시되어 있어도 된다.
부극 합재는, 수소 흡장 합금 (부극 활물질) 을 포함하는 한, 그 밖의 재료를 포함해도 된다. 그 밖의 재료로는, 도전재, 바인더 등을 들 수 있다.
도전재는 특별히 한정되어서는 안 된다. 도전재는, 예를 들어 Cu 분말, Ni 분말, 정극 (101) 의 도전재로서 예시된 재료 등이어도 된다. 1 종의 도전재가 단독으로 사용되어도 되고, 2 종 이상의 도전재가 조합되어 사용되어도 된다.
바인더도 특별히 한정되어서는 안 된다. 바인더는, 예를 들어 정극 (101) 의 바인더와 동일한 재료여도 된다. 1 종의 바인더가 단독으로 사용되어도 되고, 2 종 이상의 바인더가 조합되어 사용되어도 된다.
예를 들어, 부극 활물질, 바인더 등을 함유하는 부극 합재의 원료 분말과 용매가 혼합됨으로써, 부극 페이스트가 조제된다. 부극 페이스트가 부극 기재의 표면에 도공되고, 건조됨으로써, 부극이 제조될 수 있다. 부극은, 소정의 두께를 갖도록 압연되어도 된다. 부극은, 소정의 평면 형상을 갖도록 재단될 수 있다.
부극 합재의 두께는, 예를 들어 편면당 40 ∼ 80 ㎛ 이다.
《전해액》
전해액은 알칼리 수용액이다. 전해액으로는, 예를 들어 수산화칼륨 (KOH), 수산화나트륨 (NaOH), 수산화리튬 (LiOH) 등의 수산화물 (금속 수산화물) 을 주로 함유하는 수용액을 들 수 있다. 또한, 전해액은, 1 종의 수산화물을 단독으로 함유하고 있어도 되고, 2 종 이상의 수산화물을 함유하고 있어도 된다. 전해액 중의 수산화물의 농도는, 예를 들어 1 ∼ 20 ㏖/ℓ 정도여도 된다.
《세퍼레이터》
세퍼레이터 (103) 는, 전기 절연성의 다공질 시트이다. 세퍼레이터로는, 특별히 한정되지 않고, 니켈수소 전지 등의 세퍼레이터로서 공지된 부재를 사용할 수 있다. 세퍼레이터 (103) 는, 예를 들어 부직포 등이어도 된다. 부직포는, 예를 들어 50 ∼ 100 g/㎡ 의 평량을 가져도 된다. 세퍼레이터 (103) 의 재질로는, 예를 들어 폴리올레핀 (폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등), 폴리아미드 등을 들 수 있다. 세퍼레이터 (103) 에는, 친수성이 부여되어 있어도 된다. 예를 들어, 술폰화 처리, 플라즈마 처리 등에 의해서, 세퍼레이터 (103) 에 친수성이 부여될 수 있다.
또한, 전지에 있어서는, 정극 활물질량에 대해서 필요한 전해액량이 존재한다. 이 점에서, 상기와 같이 정극 합재의 겉보기 중량이 적은 정극에 대해서는, 세퍼레이터에 요구되는 보액량이 적어지기 때문에, 세퍼레이터의 두께를 얇게 할 수 있다. 세퍼레이터의 두께를 얇게 하면, 활물질 (정극 활물질 및 부극 활물질) 의 밀도를 높일 수 있기 때문에, 전지 저항 (내부 저항) 을 저하시킬 수 있다. 이와 같은 관점에서, 세퍼레이터의 두께는, 예를 들어 50 ∼ 120 ㎛ 로 할 수 있다. 또한, 세퍼레이터의 공극률은, 예를 들어 40 ∼ 70 체적％ 이다.
예를 들어, 통상적으로 정극 활물질에 대해서 필요한 소정의 전해액량이 알려져 있다. 그리고, 전극군 (정극 합재, 부극 합재 및 세퍼레이터) 의 공극의 총체적이, 이 소정의 전해액량과 동일한 정도가 되도록 전지가 설계된다. 예를 들어, 필요한 전해액량이 A (㎖) 인 경우, 정극 합재 및 부극 합재의 공극의 총체적이 B (㎖) 라고 하면, 세퍼레이터의 공극의 총체적 C 는 A － B (㎖) 필요하다. 이 세퍼레이터의 공극의 총체적 C 와 세퍼레이터의 공극률 및 세퍼레이터의 면적으로부터 세퍼레이터의 두께가 설정된다. 또한, 정극 합재, 부극 합재 및 세퍼레이터의 공극의 체적은, 그것들 각각의 체적 (공극부를 포함한다) 과 공극률로부터 구할 수 있다. 정극 합재, 부극 합재 및 세퍼레이터의 각각의 체적은, 면적과 두께로부터 구할 수 있다.
＜용도＞
본 실시형태의 전지는, 예를 들어 하이브리드 자동차 (HV), 플러그인 하이브리드 자동차 (PHV), 전기 자동차 (EV) 등의 구동용 전원 (차재용 전지) 으로서 사용될 수 있다. 단, 본 실시형태의 전지의 용도는, 자동차의 구동용 전원에 한정되어야 하는 것은 아니다. 본 실시형태의 전지는 모든 용도에 적용될 수 있다.
이하, 본 개시의 실시예가 설명된다. 단, 이하의 예는 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다.
＜시험예 1 ＞
(정극의 제조)
정극 활물질로서, 옥시수산화코발트 (CoOOH) 로 피복된 수산화니켈 (NiOH) 의 분말 (평균 입경 : 10 ㎛) 이 준비되었다. 0.7 질량％ 의 CMC 수용액이 준비되었다. 정극 활물질의 분말과 CMC 수용액이 혼합되었다. 이로써 정극 페이스트가 조제되었다.
정극 기재로서, 15 ㎛ 의 두께를 갖는 Ni 박이 준비되었다. Ni 박의 양면에 정극 페이스트가 도포되고, 건조되었다. 정극 페이스트의 도포량은, 정극 기재 (Ni 박) 의 편면당 건조 후의 정극 합재의 겉보기 중량이, 도 2 에 나타내는 바와 같이 되도록 조정되었다. 이로써 정극 합재의 겉보기 중량이 상이한 복수 종의 정극이 제조되었다. 정극이 겉보기 중량에 따라서 약 3 g/㎤ 의 밀도가 되도록 압연되었다. 정극이 띠상으로 재단되었다.
또한, 비교를 위해서, 상기한 Ni 박과 동일한 겉보기 중량을 갖는 발포 Ni 기판에 정극 페이스트를 함침시켜, 건조시킴으로써, 정극을 제조한 점 이외에는, 상기와 동일하게 하여 복수 종의 정극이 제조되었다.
(부극의 제조)
수소 흡장 합금 (AB5 형 합금) 의 분말이 준비되었다. 분말의 평균 입경은 20 ㎛ 였다.
수소 흡장 합금의 분말과, CMC 수용액과, PTFE 의 수성 분산액이 혼합되었다. 이로써 부극 페이스트가 조제되었다. 펀칭 메탈 (두께 : 60 ㎛) 이 준비되었다. 부극 페이스트가 펀칭 메탈의 양면에 도포되고, 건조되었다. 이로써 부극이 제조되었다. 부극이 압연되고, 띠상으로 재단되었다. 재단 후의 부극은, 정극의 충전 용량의 약 1.5 배의 충전 용량을 갖도록 설계되어 있다.
(전지의 조립)
세퍼레이터로서, 폴리올레핀 수지 섬유제의 부직포가 준비되었다. 세퍼레이터는 150 ㎛ 의 두께를 갖는 것으로 되었다. 정극이 세퍼레이터를 사이에 두고 부극과 대향하도록, 정극, 세퍼레이터 및 부극이 배치되고, 전극군 시트가 구성되었다. 전극군 시트 (정극, 세퍼레이터 및 부극) 가 소용돌이상으로 귄회되었다. 이로써 전극군이 구성되었다. 전극군이 케이스 (원통상의 덮개가 부착된 금속 케이스) 에 수납되었다. 케이스에 전해액이 주입되었다. 전해액은 7 ㏖/ℓ 의 KOH 수용액이다. 케이스가 밀폐되었다.
이상으로부터, 시험예 1 의 복수 종의 알칼리 이차 전지가 제조되었다.
＜직류 내부 저항 (DCIR) 의 측정＞
시험예 1 에서 제조된 전지의 각각은, 충전률 (SOC : state of charge) 이 초기 용량의 약 60 ％ 가 되도록 충전 상태가 조정되었다. 그 후, 전지를 25 ℃ 의 분위기하에서, 3 C 의 전류값으로 2 초간의 방전을 행하고, 방전 개시부터 2 초 후의 전압값을 측정하였다. 전압 강하량과 방전시의 전류의 관계로부터, 직류 내부 저항 (DCIR) 이 산출되었다. 또한 「C」는 전류 레이트의 단위이다. 「1 C」는 1 시간의 충전에 의해서, 충전률 (SOC) 이 0 ％ 에서 100 ％ 에 도달하는 전류 레이트를 나타낸다. DCIR 의 측정 결과로부터, 전극군 (정극, 부극 및 세퍼레이터) 의 총체적을 일정하게 했을 때의 DCIR 을 시산한 결과를 도 2 에 나타낸다.
도 2 에 나타내는 결과로부터, 정극 기재의 편면에 대한 정극 합재의 겉보기 중량을 0.02 ∼ 0.035 g/㎠ 의 범위로 한정함으로써, 정극 기재가 다공질 기재 (발포 Ni) 인 경우에, 정극 합재의 겉보기 중량의 조정에 의해서 최소가 되는 DCIR 의 값 (도 2 에 점선으로 나타나는 값) 에 비해서, 동일한 체적을 갖는 전극군을 구비하는 전지의 내부 저항을 낮출 수 있다고 생각된다
＜시험예 2＞
정극 합재의 겉보기 중량을 0.03 g/㎠ 로 하여, Ni 박의 두께를 도 3 에 나타낸 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는, 시험예 1 과 동일하게 전지가 제조되었다. 이들 전지에 대해서, 시험예 1 과 동일하게 DCIR 이 측정되었다. DCIR 의 측정 결과로부터, 전극군의 총체적을 일정하게 했을 때의 DCIR 을 시산한 결과를 도 3 에 나타낸다.
도 3 에 나타내는 결과로부터, 정극 기재의 두께가 5 ∼ 35 ㎛ 인 경우에, 전지의 내부 저항을 저감하는 효과가 보다 확실하게 얻어지는 것을 알 수 있다.
상기한 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이지, 제한적인 것은 아니다. 특허청구범위에 의해서 정해지는 기술적 범위는, 특허청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함한다.

Claims (4)

  1. 알칼리 이차 전지 (100) 용의 정극 (101) 으로서,
    Ni 박 또는 Ni 도금 강박을 포함하는 정극 기재 ; 및
    상기 정극 기재의 적어도 일방의 표면에 있는 정극 합재로서, 상기 정극 합재는, 정극 활물질을 함유하고, 상기 정극 활물질은, 옥시수산화코발트로 피복된 수산화니켈을 함유하고, 상기 정극 기재의 상기 일방의 표면에 대한 상기 정극 합재의 겉보기 중량이 0.02 ∼ 0.035 g/㎠ 인, 상기 정극 합재를 포함하는, 정극 (101).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정극 기재의 두께가 5 ∼ 35 ㎛ 인, 정극 (101).
  3. 알칼리 이차 전지 (100) 로서,
    제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 정극을 포함하는, 알칼리 이차 전지 (100).
  4. 제 3 항에 있어서,
    수소 흡장 합금을 포함하는 부극 (102) 을 추가로 포함하는, 알칼리 이차 전지 (100).
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