JP2001313067A

JP2001313067A - ニッケル水素蓄電池の製造方法およびニッケル水素蓄電池の製造装置

Info

Publication number: JP2001313067A
Application number: JP2000131757A
Authority: JP
Inventors: Masato Onishi; 正人大西; Katsuyuki Tomioka; 克行富岡; Tomoharu Saito; 友春斉藤; Shinji Hamada; 真治浜田; Masanori Iwase; 正宣岩瀬; Kazuo Toshima; 和夫戸島
Original assignee: Toyota Motor Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-09
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP4679690B2

Abstract

(57)【要約】【課題】生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造
できるニッケル水素蓄電池の製造方法および製造装置を
提供する。【解決手段】正極、負極、セパレータおよび電解液
を、安全弁２１を備えるケースに封入してモジュール電
池１０を組み立てる第１の工程と、押さえ治具６４から
安全弁２１に加圧しながらモジュール電池１０を充放電
する第２の工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵合金を用
いたニッケル水素蓄電池の製造方法および製造装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、アルカリ蓄電池は、ポータブル機
器や携帯機器などの電源として、また電気自動車やハイ
ブリッド電気自動車等に至る移動用電源として注目され
ており、従来にも増して高性能化が要請されている。特
にニッケル・水素蓄電池は、水酸化ニッケルを主体とし
た活物質からなる正極と、水素吸蔵合金を主材料とした
負極とを備える二次電池であり、エネルギー密度が高
く、信頼性に優れた二次電池として急速に普及してい
る。

【０００３】上記ニッケル水素二次電池では、電池組立
直後における水素吸蔵合金の活性が低いため、初期の放
電容量が小さくなるという問題がある。この問題を解決
するため、電池組立後に電池を充放電することによって
水素吸蔵合金を活性化する製造方法が一般に用いられて
いる。

【０００４】また、上記ニッケル水素蓄電池では、電池
の内圧が上昇した際、内部のガスを逃がして内圧が過大
になるのを防止するため、電池ケースに安全弁が形成さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の製造方法では、水素吸蔵合金を活性化するための充
放電工程において、充放電レートを高くすることができ
ず、充放電に時間がかかるという問題があった。これ
は、水素吸蔵合金が十分に活性化されていない状態で高
い電流値で充放電を行うと安全弁の設定値以上に内圧が
高くなり、安全弁が開弁して電解液の一部が電池内ガス
と共に排出されるためである。したがって、従来の製造
方法では、生産性および製造コストの低減が十分でない
という問題があった。

【０００６】上記問題を解決するため、本発明は、生産
性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できるニッケル
水素蓄電池の製造方法および製造装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法は、水酸化
ニッケルを含む正極と、水素吸蔵合金を含む負極と、安
全弁を備えるケースとを含むニッケル水素蓄電池の製造
方法であって、正極、負極、セパレータおよび電解液を
ケースに封入して電池を組み立てる第１の工程と、安全
弁に加圧しながら電池を充放電する第２の工程とを含む
ことを特徴とする。上記本発明の製造方法では、第２の
工程において高い電流値で充放電を行うことができるた
め、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造でき
る。

【０００８】上記製造方法では、第２の工程において、
空気を用いて安全弁に加圧することが好ましい。上記構
成によれば、安価かつ容易に安全弁に加圧することがで
きる。

【０００９】上記製造方法では、第２の工程において、
電池を冷媒で冷却しながら充放電することが好ましい。
上記構成によれば、高い電流値で充放電を行うことがで
きる。

【００１０】また、本発明のニッケル水素蓄電池の製造
装置は、水酸化ニッケルを含む正極と水素吸蔵合金を含
む負極と安全弁を備えるケースとを含むニッケル水素蓄
電池の製造装置であって、凹部を備えた押さえ治具と、
安全弁を凹部に格納するように押さえ治具をケースに押
圧するための押圧手段と、凹部内に空気を供給して安全
弁に加圧するための加圧手段とを備えることを特徴とす
る。上記本発明の製造装置によれば、高い電流値で充放
電を行うことができるため、生産性よく安価にニッケル
水素蓄電池を製造できる。

【００１１】上記本発明の製造装置では、押さえ治具が
ケースに押圧され凹部内が気密になった状態で押さえ治
具を固定するための固定手段をさらに備えることが好ま
しい。上記構成によれば、押さえ治具を容易に略一定圧
力で押圧することができる。また、押さえ治具がケース
に押圧された状態で電池を移動できるため、充放電など
の工程を行うことが容易になる。

【００１２】上記本発明の製造装置では、電池の活性化
を行うために、電池を充放電するための充放電手段をさ
らに備えることが好ましい。

【００１３】上記本発明の製造装置では、電池の活性化
を行うために、電池を冷却するための冷却手段をさらに
備えることが好ましい。

【００１４】上記本発明の製造装置では、加圧手段が、
凹部に連結された配管と配管に連結されたエアーカプラ
とを含むことが好ましい。上記構成によれば、凹部への
加圧を容易に行うことができる。また、凹部へ加圧した
状態で電池を自由に移動させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１６】（実施形態１）実施形態１では、本発明の
ニッケル水素蓄電池の製造方法について説明する。

【００１７】本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法で
は、まず、正極、負極、セパレータおよび電解液をケー
スに封入して電池を組み立てる（第１の工程）。上記第
１の工程において、正極、負極、セパレータ、電解液お
よびケースには、ニッケル水素蓄電池に一般に用いられ
るものを使用できる。具体的には、正極として、たとえ
ば、水酸化ニッケルを主成分とする活物質を充填した発
泡ニッケルを用いることができる。負極としては、たと
えば、Ｍｍ（ミッシュメタル）、ニッケル、アルミニウ
ム、コバルトおよびマンガンを含む水素吸蔵合金を用い
ることができる。セパレータとしては、たとえば、スル
ホン化したポリプロピレンセパレータを用いることがで
きる。電解液としては、水酸化カリウムを主成分とする
アルカリ水溶液を用いることができる。また、ケース
は、安全弁を備える。安全弁は、ケース内の内圧が閾値
よりも高くなったときに、ケース内の内圧が閾値以下に
なるまで内部のガスを放出する。なお、複数の単電池を
組み合わせたモジュール電池についても同様である。

【００１８】その後、第１の工程によって組み立てた電
池を、上記ケースの安全弁に加圧しながら充放電する
（第２の工程）。上記充放電は、組み立てた電池の活物
質を活性化するために行う。なお、第２の工程におい
て、空気を用いて安全弁に加圧することが好ましい。ま
た、第２の工程において、電池を冷媒で冷却しながら充
放電することが好ましい。

【００１９】上記本発明のニッケル水素蓄電池の製造方
法では、第２の工程の際に、安全弁に加圧しながら充放
電を行う。このため、安全弁の作動圧が、加圧した分だ
け高くなる。このため、上記製造方法では、水素吸蔵合
金が十分に活性化されていない状態でも高い電流値で充
放電を行うことができ、活性化を短時間で行うことがで
きる。したがって、上記製造方法によれば、生産性よく
安価にニッケル水素蓄電池を製造できる。

【００２０】（実施形態２）実施形態２では、本発明の
ニッケル水素蓄電池の製造装置について説明する。

【００２１】本発明のニッケル水素蓄電池の製造装置
は、水酸化ニッケルを含む正極と水素吸蔵合金を含む負
極と安全弁を備えるケースとを含むニッケル水素蓄電池
の製造装置であって、凹部を備えた押さえ治具と、上記
安全弁を上記凹部に格納するように上記押さえ治具を上
記ケースに押圧するための押圧手段と、上記凹部内に空
気を供給して上記安全弁に加圧するための加圧手段とを
備えることを特徴とする。

【００２２】上記実施形態２の製造装置によれば、生産
性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できる。

【００２３】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明する。

【００２４】まず、本実施例で製造されたニッケル水素
蓄電池について説明する。実施例１では、複数の単電池
（ニッケル水素蓄電池）を連結したモジュール電池１０
を作製した。

【００２５】モジュール電池１０の上面図および側面図
を、それぞれ図１（ａ）および（ｂ）に模式的に示す。
また、モジュール電池１０の垂直方向の断面図を図２に
模式的に示す。

【００２６】図１を参照して、モジュール電池１０は、
一体電槽１１と蓋２０とを含むケース３０を備える。一
体電槽１１の側面には、正極端子１２と負極端子１３と
が形成されている。蓋２０には、安全弁２１と、内部の
温度を検出するためのセンサを装着するセンサ装着孔２
２とが形成されている。なお、一体電槽１１および蓋２
０は、その表面に使用時における放熱性を高めるための
凹凸を備えるが、図１および図２では図示を省略してい
る。

【００２７】一体電槽１１は、ポリプロピレンからな
り、内部に形成された仕切り１１ａを備える。すなわ
ち、一体電槽１１は、仕切り１１ａによって、複数の電
槽１１ｂに区切られている。それぞれの電槽１１ｂに
は、極板群１４と電解液（図示せず）とが封入されてい
る。

【００２８】仕切り１１ａは、上方に開口部を備える。
各電槽１１ｂに収納された極板群１４の集電体１５（ハ
ッチング省略）と、隣接する極板群１４の集電体１６
（ハッチング省略）とは、開口部に配置された接続金具
１７によって電気的に接続されている。両端に位置する
接続金具１７は、正極端子１２と負極端子１３とに接続
されている。

【００２９】安全弁２１は、一体電槽１１内の内部圧力
が閾値以上になったときに、内部圧力が閾値以下になる
まで内部のガスを放出するための弁である。この実施例
では、モジュール電池１０の内圧が０．５ＭＰａ以上に
なると開放する安全弁２１を用いた。なお、蓋２０に
は、隣接する電槽１１ｂを接続する貫通孔（図示せず）
が形成されており、各電槽１１ｂの内圧は略等しくなっ
ている。

【００３０】極板群１４の水平方向の断面図を図３に模
式的に示す。図３を参照して、極板群１４は、交互に配
置された正極３１および負極３２と、袋状のセパレータ
３３と、集電体１５および１６とを備える。正極３１は
袋状のセパレータ３３（ハッチング省略）に挿入されて
いる。正極３１は集電体１５に溶接されており、負極３
２は集電体１６に溶接されている。また、極板群１４の
側面には、外周セパレータ３４（ハッチング省略）が配
置されている。

【００３１】このように、モジュール電池１０は、極板
群１４を備える単電池が６セル直列接続されたものであ
る。

【００３２】以下に、モジュール電池１０の製造方法に
ついて説明する。

【００３３】正極３１は、発泡ニッケルに正極活物質ペ
ーストを充填したのち、乾燥、圧延、切断することによ
って作製した。正極活物質には、酸化コバルトを添加し
た水酸化ニッケルを用いた。また、負極３２は、ニッケ
ルからなるパンチングメタルに負極ペーストを塗布した
のち、乾燥、圧延、切断することによって作製した。負
極には、水素吸蔵合金を用いた。セパレータ３３には、
スルフォン化処理ポリプロピレンを用いた。また、電解
液には、水酸化カリウムを主成分とする電解液を用い
た。

【００３４】上記正極３１を袋状のセパレータ３３に挿
入し、正極３１と負極３２とを交互に積層した。そし
て、正極３１を集電体１５に溶接し、負極３２を集電体
１６に溶接することによって、極板群１４を形成した。
この極板群１４を各電槽１１ｂに挿入し、接続金具１７
によって隣接する極板群１４を直列接続した。その後、
電解液を注液し、蓋２０によって一体電槽１１を封口し
た。このようにして、定格容量６．５Ａｈのモジュール
電池１０を組み立てた。

【００３５】上記モジュール電池１０について、初期充
放電を行った。具体的には、まず、０．１Ｃ相当の電流
（１Ｃ＝６．５Ａ）でＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈ
ａｒｇｅ（充電状態）。定格容量に対する充電量の割合
である。）が１３０％相当になるまで充電したのち、４
Ｃ相当の電流でＳＯＣが０％相当になるまで放電した。
この初期充放電によって、正極３１に含まれているＣｏ
やＣｏ（ＯＨ）₂をＣｏＯＯＨにまで酸化した。

【００３６】その後、図４に示すように、初期充放電が
終了したモジュール電池１０をアルミニウム製の冷却治
具４１に装着した。冷却治具４１は、コの字状の形状を
しており、その側部には、貫通孔４１ａを備える。冷却
治具４１の側部上面４１ｂは、正極端子１２および負極
端子１３に触れないような位置に形成した。冷却治具４
１はコの字状であるため、モジュール電池１０の着脱が
容易である。なお、冷却治具４１は、モジュール電池１
０と接する面にモジュール電池１０の表面の凹凸形状と
嵌合するような凹凸形状を備えることが好ましい。

【００３７】その後、図５に示すように、モジュール電
池１０が装着された複数の冷却治具４１を連結した。こ
のとき、冷却治具４１の側部に設けられた貫通孔４１ａ
にボルト５１を通すことによって容易に固定できた。各
モジュール電池１０は、隣接するモジュール電池１０と
向きが逆になるように配置した。また、連結された冷却
治具４１の一方の端には、エンドプレート５２を配置し
て全体を拘束した。

【００３８】その後、連結したモジュール電池１０の各
安全弁２１に、押圧治具６１をセットした。モジュール
電池１０を押圧治具６１にセットする工程を、図６に模
式的に示す。図６に示すように、安全弁２１に押さえ治
具６４をセットしたのち、台座７０に固定されている固
定ブロック６２の一定高さに位置する穴７１にくさび６
３を入れることによって、一定圧力で押圧治具６１を押
圧し、安全弁２１を格納する押さえ治具６４をバネ６８
で密着させることができる。

【００３９】押圧治具６１に連結される配管の構造につ
いて、モジュール電池１０側から見た場合の平面図を図
７に模式的に示す。図７を参照して、押圧治具６１は、
冷却治具４１に装着されたモジュール電池１０の安全弁
２１に対応する位置に配置された押さえ治具６４と、各
押さえ治具６４に連結された配管６５と、配管６５の先
端に接続されたエアーカプラ６６とを備える。押さえ治
具６４の構造を、図８に模式的に示す。押さえ治具６４
は、支柱６７に移動自在に連結されており、バネ６８に
よってモジュール電池１０のケース３０側に押圧される
ようになっている。押さえ治具６４は、安全弁２１が入
る凹部６４ａと、押さえゴム６４ｂとを備える。押圧治
具６１が、モジュール電池１０に押圧された際には、押
さえゴム６４ｂが安全弁２１の周囲に密着して気密状態
となる。凹部６４ａは、配管６５に連結される。すなわ
ち、エアーカプラ６６から圧縮空気を注入することによ
って、安全弁２１に加圧することができる。また、固定
ブロック６２およびくさび６３を用いて押圧治具６１を
モジュール電池１０に固定したのち、エアーカプラ６６
から圧縮空気を注入し、エアーカプラ６６を閉じること
によって、安全弁２１に加圧したままの状態で連結され
たモジュール電池１０を移動できる。したがって、上記
治具を用いることによって、安全弁２１に加圧した状態
で活性化を行うことが容易になる。

【００４０】以上のように、本実施例のニッケル水素蓄
電池の製造装置は、凹部６４ａを備えた押さえ治具６４
と、安全弁２１を格納するように押さえ治具６４をケー
ス３０側に押圧する押圧手段（バネ６８など）と、凹部
６４ａ内に空気を供給して安全弁２１に加圧するための
加圧手段（図示しないポンプなど）とを備える。また、
本実施例のニッケル水素蓄電池の製造装置は、押さえ治
具６４がケース３０に押圧され、凹部６４ａ内が気密に
なった状態で押さえ治具６４を固定するための固定手段
（固定ブロック６２およびくさび６３）をさらに備え
る。また、本実施例のニッケル水素蓄電池の製造装置
は、電池を充放電するための充放電手段をさらに備えて
もよい。また、本実施例のニッケル水素蓄電池の製造装
置は、電池を冷却するための冷却手段（冷却治具４１）
を備える。また、本実施例のニッケル水素蓄電池の製造
装置では、加圧手段が、凹部６４ａに連結された配管６
５と、配管６５に連結されたエアーカプラ６６とを備え
る。

【００４１】この実施例では、エアーカプラ６６から、
０．５ＭＰａの圧縮空気を注入することによって、安全
弁２１に０．５ＭＰａの圧力をかけた。この場合、モジ
ュール電池１０内の内圧が、安全弁２１の作動圧である
０．５ＭＰａと加圧した０．５ＭＰａとを合計した圧力
とおなじ程度（約１．０ＭＰａ）になるまで安全弁２１
が作動しない。その後、エアーカプラ６６を圧縮空気供
給装置（図示せず）から切り離して、配管６５内を気密
状態にした。

【００４２】その後、連結した冷却治具４１を水槽に入
れ、流水（冷媒）によって冷却治具４１およびモジュー
ル電池１０を冷却した。この際、流水は、モジュール電
池１０の正極端子１２および負極端子１３に接触しない
高さで、かつ冷却治具４１の側部上面４１ｂを覆う高さ
にコントロールした。

【００４３】そして、流水を流したままの状態で、４Ｃ
相当の電流でＳＯＣが９０％になるまで充電し、４Ｃ相
当の電流でＳＯＣが０％になるまで放電を行う充放電サ
イクルを２０回繰り返した。この際、センサ装着孔２２
に装着したセンサで測定したモジュール電池１０の内部
温度は、５０℃まで上昇した。

【００４４】このようにして、モジュール電池１０の活
性化が終了した。このとき、安全弁の開弁による電解液
の排出は生じなかった。上記方法による活性化に要した
トータルの時間は１２時間であった。一方、従来の製造
方法の場合、４Ｃの電流で充放電を行うと、モジュール
電池１０の内圧が０．５ＭＰａよりも大きくなってしま
い、安全弁が開弁して電解液が排出された。したがっ
て、従来の製造方法の場合は低電流で活性化を行う必要
があり、１Ｃで充放電を行ったところ、活性化に４８時
間を要した。

【００４５】このように、本発明の製造方法および製造
装置を用いることによって、生産性よく安価にニッケル
水素蓄電池を製造できた。

【００４６】以上、本発明の実施の形態について例を挙
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用する
ことができる。

【００４７】たとえば、本発明の製造方法は、上記実施
例で説明した電池を製造する方法に限定されない。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のニッケル
水素蓄電池の製造方法および製造装置によれば、短時間
で電池の活性化を行うことができるため、生産性よく安
価にニッケル水素蓄電池を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のニッケル水素蓄電池で製造されたニ
ッケル水素蓄電池の一例を示す（ａ）上面図および
（ｂ）側面図である。

【図２】図１に示したニッケル水素蓄電池の垂直方向
断面図である。

【図３】図１に示したニッケル水素蓄電池の極板群の
水平方向断面図である。

【図４】本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法につ
いて一工程の一例を示す斜視図である。

【図５】本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法につ
いて他の一工程の一例を示す平面図である。

【図６】本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法につ
いてその他の一工程の一例を示す斜視図である。

【図７】本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法に用
いる押圧治具について配管の構造の一例を示す平面図で
ある。

【図８】図７に示した押圧治具の一部拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１０モジュール電池１１一体電槽１１ｂ電槽１４極板群２１安全弁３０ケース３１正極３２負極３３セパレータ４１冷却治具６１押圧治具６２固定ブロック６３くさび６４押さえ治具６５配管６６エアーカプラ７０台座７１穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者富岡克行静岡県湖西市境宿555番地パナソニックＥＶエナジー株式会社内 (72)発明者斉藤友春静岡県湖西市境宿555番地パナソニックＥＶエナジー株式会社内 (72)発明者浜田真治静岡県湖西市境宿555番地パナソニックＥＶエナジー株式会社内 (72)発明者岩瀬正宣愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者戸島和夫愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H012 AA07 BB02 CC08 DD03 GG05 JJ06 5H028 BB01 BB03 BB04 BB05 BB10 BB14 BB17 EE01 EE05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水酸化ニッケルを含む正極と、水素吸蔵
合金を含む負極と、安全弁を備えるケースとを含むニッ
ケル水素蓄電池の製造方法であって、前記正極、前記負極、セパレータおよび電解液を前記ケ
ースに封入して電池を組み立てる第１の工程と、前記安全弁に加圧しながら前記電池を充放電する第２の
工程とを含むことを特徴とするニッケル水素蓄電池の製
造方法。
【請求項２】前記第２の工程において、空気を用いて
前記安全弁に加圧する請求項１に記載のニッケル水素蓄
電池の製造方法。
【請求項３】前記第２の工程において、前記電池を冷
媒で冷却しながら充放電する請求項１または２に記載の
ニッケル水素蓄電池の製造方法。
【請求項４】水酸化ニッケルを含む正極と水素吸蔵合
金を含む負極と安全弁を備えるケースとを含むニッケル
水素蓄電池の製造装置であって、凹部を備えた押さえ治具と、前記安全弁を前記凹部に格納するように前記押さえ治具
を前記ケースに押圧するための押圧手段と、前記凹部内に空気を供給して前記安全弁に加圧するため
の加圧手段とを備えることを特徴とするニッケル水素蓄
電池の製造装置。
【請求項５】前記押さえ治具が前記ケースに押圧され
前記凹部内が気密になった状態で前記押さえ治具を固定
するための固定手段をさらに備える請求項４に記載のニ
ッケル水素蓄電池の製造装置。
【請求項６】前記電池を充放電するための充放電手段
をさらに備える請求項４に記載のニッケル水素蓄電池の
製造装置。
【請求項７】前記電池を冷却するための冷却手段をさ
らに備える請求項６に記載のニッケル水素蓄電池の製造
装置。
【請求項８】前記加圧手段が、前記凹部に連結された
配管と前記配管に連結されたエアーカプラとを含む請求
項４ないし７のいずれかに記載のニッケル水素蓄電池の
製造装置。