JP3025710B2 - アルカリ蓄電池 - Google Patents

アルカリ蓄電池

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JP3025710B2 JP3092034A JP9203491A JP3025710B2 JP 3025710 B2 JP3025710 B2 JP 3025710B2 JP 3092034 A JP3092034 A JP 3092034A JP 9203491 A JP9203491 A JP 9203491A JP 3025710 B2 JP3025710 B2 JP 3025710B2
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勢 忠 司 伊
川 修 弘 古
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電池缶内に、正極と、
負極と、アルカリ電解液とが備えられたアルカリ蓄電池
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、アルカリ蓄電池としては、ニッケ
ル−カドミウム電池等の他、この電池より軽量で且つ高
容量となる可能性がある金属−水素アルカリ蓄電池が提
案されている。この電池の負極活物質としては、特に低
圧で水素を可逆的に吸蔵及び放出することのできる水素
吸蔵合金が用いられる一方、正極活物質としては、水酸
化ニッケルなどの金属酸化物が用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記アルカ
リ蓄電池を長期間保存すると、電池内ガスや電解液中の
遷移金属イオンが充電状態の正極及び負極と反応するこ
とにより、自己放電を生じ、保存後の電池容量が低下す
るという課題を有していた。特に、上記金属−水素アル
カリ蓄電池では、合金中の不純物から成る遷移金属イオ
ンや、合金の溶出による遷移金属イオンが多量に存在す
るため、保存特性が著しく悪化するという課題を有して
いた。
【0004】本発明は係る現状を考慮してなされたもの
であって、遷移金属イオンが充電状態の正極及び負極と
反応するのを抑制して、保存特性を飛躍的に向上させる
ことができるアルカリ蓄電池の提供を目的としている。
【0005】
【発明を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、電池缶内に、正極と、水素吸蔵合金からな
る負極と、アルカリ電解液とを有する金属−水素アルカ
リ蓄電池において、アルカリ性雰囲気で遷移金属イオン
を選択的に取り込む錯化剤を溶解させた有機溶媒と酸性
溶媒とから成る油中水滴型の乳化液を、前記電池缶内に
含有させることを特徴とする。
【0006】具体的には、例えば、以下のような構成と
することができる。上記錯化剤を溶解させた有機溶媒
と酸性溶液とから成る油中水滴型の乳化液を、電解液中
に分散させる。上記の乳化液をセパレータの一部に
含浸させる。上記の乳化液を短冊状に切断したセパ
レータに含浸させ、これを電池の巻芯部に挿入する。
上記の乳化液を中空糸に含浸させ、これを電池缶内に
挿入する。
【0007】
【作用】上記構成であれば、アルカリ電解液に溶出した
遷移金属イオンが選択的に錯化剤に取り込まれることに
なる。したがって、遷移金属イオンが、充電状態にある
正極若しくは負極と反応するのを防止することが可能と
なる。また、遷移金属イオンのみが取り込まれ、ナトリ
ウム等のアルカリイオンは取り込まれないので、電池特
性が低下するようなことはない。
【0008】特に、前記〜のように、錯化剤を溶解
させた有機溶媒と酸性溶媒とからなる油中水滴型の乳化
液の形で含まれているため、上記作用が顕著に発揮され
る。これは電解液中に錯化剤を溶解させただけでは、錯
化剤が一度遷移金属イオンを取り込むと再度遷移金属イ
オンを取り込むことはできない。これに対して、前記
〜のような構成であれば、錯化剤が遷移金属イオンを
取り込んだ後に遷移金属イオンを酸性液中に放出するの
で、再度遷移金属イオンを取り込むことができるという
理由による。具体的に、図4に基づいて説明する。先
ず、有機溶媒相内にある錯化剤(図中X)は、電解液相
(アルカリ性)から選択的に遷移金属イオン(図中
+)を取り込んで、MXとなる(図中I及びII参
照)。次に、遷移金属イオンを取り込んだ錯化剤MX
が水溶液相と接すると、水溶液相は酸性であるというこ
とに起因して、遷移金属イオンを水溶液相に放出する
(図中III参照)と共に、水溶液相から水素イオンを
取り込んで、HXとなる(図中IV及びV参照)。次
いで、水素イオンを取り込んだ錯化剤HXが有機溶媒相
と接すると、電解液相はアルカリ性であるということに
起因して、水素イオンを有機溶媒相に放出する(図中V
I)と共に、再度電解液相から選択的に遷移金属イオン
を取り込む。
【0009】上記〜のサイクルが繰り返されて、水
溶液相内に遷移金属イオンが濃縮されるので、錯化剤の
量が少なくとも、電解液相内の遷移金属イオンを大量に
抽出することが可能となる。
【0010】
〔参考例1〕
図1は本発明の一例に係る単三型ニッケル−水素アルカ
リ蓄電池(容量:1000mAh )の断面図であり、焼結
式ニッケルから成る正極1と、水素吸蔵合金を含む負極
2と、これら正負両極1・2間に介挿されたセパレータ
3とから成る電極群4は渦巻状に巻回されている。この
電極群4は負極端子兼用の外装缶6内に配置されてお
り、この外装缶6と上記負極2とは負極用導電タブ5に
より接続されている。上記外装缶6の上部開口にはパッ
キング7を介して封口体8が装着されており、この封口
体8の内部にはコイルスプリング9が設けられている。
このコイルスプリング9は電池内部の内圧が異常上昇し
たときに矢印A方向に押圧されて内部のガスが大気中に
放出されるように構成されている。また、上記封口体8
と前記正極1とは正極用導電タブ10にて接続されてい
る。
【0011】ここで、上記構造の単三型ニッケル−水素
アルカリ蓄電池を、以下のようにして作製した。先ず、
市販のMm(ミッシュメタル:希土類元素の混合物)、
Ni、Co、Al及びMnを元素比で1:3.2:1:
0.2:0.6の割合となるように秤量した後、高周波
溶解炉内で溶解して溶湯を作成し、更にこの溶湯を冷却
することにより、MmNi3.2 CoAl0.2 Mn0.6
示される合金のインゴットを作成した。次に、上記イン
ゴットを、窒素雰囲気中で、粒径50μm以下となるよ
うに粉砕した。
【0012】この後、上記水素吸蔵合金粉末に、結着剤
としてのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)粉末
を5wt%加えて混練してペーストを作成し、更に、この
ペーストをパンチングメタルから成る集電体の両面に圧
着することにより負極2を作製した。次いで、上記負極
2と、焼結式ニッケル正極1とを、不織布からなるセパ
レータ3を介して巻回し、電極群4を作製した。しかる
後、この電極群4を外装缶6内に挿入し、更にキレート
剤としての8−キノリノールを含有するアルカリ電解液
(30重量%のKOH水溶液から成る)を上記外装缶6
内に注液した後、外装缶6を密閉することにより円筒型
ニッケル−水素蓄電池を作製した。
【0013】このようにして作製した電池を、以下(A
1 )電池と称する。 〔実施例1〕 以下のようにして作成したアルカリ電解液を用いる他
は、上記参考例1と同様にして電池を作成した。HCl
溶液(pH3)と、8−キノリノールを溶解させた四塩
化炭素(CCl4 )とをホモジナイザーで乳化させて油
中水滴型の乳化液を作成した後、この乳化液と30重量
%のKOH水溶液とをミキサーで混合することにより作
成した。
【0014】このようにして作製した電池を、以下(A
2 )電池と称する。尚、上記アルカリ電解液を模式的に
表すと、図2に示すように、アルカリ電解液20内に、
8−キノリノールが溶解された四塩化炭素(有機溶媒)
21が散在し、この四塩化炭素内にHCl溶液(酸性水
溶液)22が存在するような構造となっている。 〔実施例2〕 アルカリ電解液自体には8−キノリノールを溶解させ
ず、且つ上記実施例1の乳化液をセパレータ3の一部に
含浸させた構造とする他は、上記参考例1と同様にして
電池を作製した。
【0015】このようにして作製した電池を、以下(A
3 )電池と称する。尚、上記セパレータ3を模式的に表
すと、図3に示すように、セパレータ3内に、8−キノ
リノールが溶解された四塩化炭素21が散在し、この四
塩化炭素内にHCl溶液22が存在するような構造とな
っている。 〔実施例3〕 アルカリ電解液自体には8−キノリノールを溶解させ
ず、且つ上記実施例2の乳化液を短冊状に切断した多孔
体に含浸させ、この多孔体を巻芯部11(図1参照)に
挿入する構造とする他は、上記参考例1と同様にして電
池を作製した。
【0016】このようにして作製した電池を、以下(A
4 )電池と称する。 〔参考例2、実施例4〜6〕 キレート剤として、8−キノリノールの代わりにジエチ
ルジチオカルバシン酸ナトリウムを用いる他は、それぞ
れ上記参考例1及び実施例1〜3と同様にして電池を作
製した。
【0017】このようにして作製した電池を、以下それ
ぞれ(A5 )電池〜(A8 )電池と称する。 〔参考例3、実施例7〜9〕 キレート剤として、8−キノリノールの代わりにモノチ
オジベンゾイルメタンを用いる他は、それぞれ上記参考
例1及び実施例1〜3と同様にして電池を作製した。
【0018】このようにして作製した電池を、以下それ
ぞれ(A9 )電池〜(A12)電池と称する。 〔比較例〕 アルカリ電解液として8−キノリノールを含有しないも
のを用いる他は、上記参考例と同様にして電池を作製し
た。
【0019】このようにして作製した電池を、以下
(X)電池と称する。 〔実験〕 上記(A1 )電池〜(A12)電池及び比較例の(X)電
池の自己放電率を測定したので、その結果を下記表1に
示す。尚、実験条件及び自己放電率の計算方法は以下の
通りである。充電電流0.3Cで4時間充電した後、
放電電流0.3Cで放電終止電圧1.0Vまで放電す
る。このような充放電を5サイクル繰り返し、5サイク
ル目の放電容量(C1 )を測定する。充電電流0.3
Cで4時間充電した後、25℃で30日間放置する。
放電電流0.3Cで放電終止電圧1.0Vまで放電さ
せ、このときの放電容量(C2 )を測定する。上記C
1 及びC2 から、下記数1に示す自己放電率(S)を測
定する。
【0020】
【数1】
【0021】
【表1】
【0022】上記表1から明らかなように、(A1 )電
池〜(A12)電池は比較例の(X)電池に比べて、自己
放電率が低減していることが認められる。これは、アル
カリ電解液に溶出した遷移金属イオンが選択的にキレー
ト剤に取り込まれるので、遷移金属イオンが充電状態に
ある正極若しくは負極と反応するのを防止することがで
きるという理由による。
【0023】特に、(A2 )電池〜(A4 )電池,(A
6 )電池〜(A8 )電池,(A10)電池〜(A12)電池
の自己放電率が格段に低減するのは、これら電池のキレ
ート剤は遷移金属イオンを取り込んだ後にこのイオンを
HCl溶液に放出するので、何回でも遷移金属イオンを
取り込むことができる。したがって、錯化剤の量が少な
くても、電解液相内の遷移金属イオンを大量に抽出する
ことが可能になるという理由による。 〔その他の事項〕上記実施例では錯化剤としてキレー
ト剤を用いたが、これに限定するものではなく、例えば
NH基やCO基を有するその他の錯化剤を用いても上記
と同様の効果を奏する。乳化剤を電池缶内に挿入する
方法としては、上記実施例で示す方法の他、乳化液を中
空糸に含浸し、これを電池缶内に配置するような方法が
ある。水素吸蔵合金としては上記実施例に示すものに
限定するものではなく、LaNi5 等であっても良い
し、また適用電池としては金属−水素アルカリ蓄電池に
限定するものではなく、ニッケル−カドミウム蓄電池
等、その他のアルカリ蓄電池にも適用しうることは勿論
である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
ルカリ電解液に溶出した遷移金属イオンが選択的に錯化
剤に取り込まれるので、遷移金属イオンが充電状態にあ
る正極若しくは負極と反応するのを防止することができ
る。したがって、アルカリ蓄電池の自己放電を抑制する
ことが可能になるという優れた効果を奏する。また、こ
の場合において、遷移金属イオンのみが取り込まれ、ナ
トリウム等のアルカリイオンは取り込まれないので、そ
の他の電池特性が低下するようなことはない。更に、こ
の錯化剤は、錯化剤を溶解させた有機溶媒と酸性溶媒と
からなる油中水滴型の乳化液の形で電池缶内に含まれて
いるため、錯化剤が遷移金属イオンを取り込んだ後に遷
移金属イオンを酸性液中に放出するので、再度遷移金属
イオンを取り込むことができ、これによって上記作用が
顕著なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例に係る単三型ニッケル−水素アル
カリ蓄電池の断面図である。
【図2】W/O型乳化液を電解液中に分散させたW/O
/W型を示す説明図である。
【図3】W/O型乳化液をセパレータ等の多孔体や中空
糸に含浸させた多孔体型を示す説明図である。
【図4】錯化剤が溶解した有機溶媒相内に酸性水溶液相
が存在する場合の、遷移金属イオンと水素イオンとの移
動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 セパレータ 20 アルカリ電解液 21 四塩化炭素 22 HCl溶液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−45245(JP,A) 特開 平4−167372(JP,A) 特開 平4−284355(JP,A) 特公 昭37−9378(JP,B1) 特公 昭54−1892(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/24 - 10/34 H01M 4/14 - 4/34

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池缶内に、正極と、水素吸蔵合金から
    なる負極と、アルカリ電解液とを有する金属−水素アル
    カリ蓄電池において、アルカリ性雰囲気で遷移金属イオンを選択的に取り込む
    錯化剤を溶解させた有機溶媒と酸性溶媒とから成る油中
    水滴型の乳化液を、前記電池缶内に含有させる ことを特
    徴とする金属−水素アルカリ蓄電池。
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