JPH02155167A - アルカリ二次電池 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ニッケル酸化物を正極活物質とするアルカリ
二次電池に関する。

〔発明の（既要〕

本発明は、ニッケル酸化物を主体とする正極活物質と導
電補助剤を含有する粉体圧縮成形体を正極とするアルカ
リ二次電池において、上記導電補助剤としてテトラカル
ボニルニッケルの熱分解によって得られる粒径１〜５μ
ｍのニッケル粉末を使用することにより、急速充放電特
性の向上を図るものである。

〔従来の技術〕

一般にアルカリ二次電池の正極は、電気化学的酸化還元
反応に直接関与するニッケル酸化物のむ）末、ニッケル
粉末等の導電補助剤、およびテフロン（ポリテトラフル
オロエチレン）等の結合剤等から構成されている。一方
の負極としては、電池反応にきもなって可逆的に水素を
吸蔵・放出する水素吸蔵合金を主体とする負極活物質を
使用したものが近年提案されており、このような負極を
有するアルカリ二次電池は無公害でかつ高エネルギー密
度が期待できる二次電池（以下、ニッケル水素電池と称
する。）として注目されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述のニッケル水素電池は概して急速充
放電特性に劣るという欠点を有している。

その理由としては、（１）ニッケル水素電池は一般にボ
タン型電池として製造されるために対極面積が小さいが
、許容できる電流密度には限度があるため結果的に充放
電に長時間を要すること、（２）正極活物質であるニッ
ケル酸化物の導電性が低いために電池の内部抵抗が高く
なってしまうことの２点が挙げられる。このうち（１）
の理由は電池の構造自体に関係しているため、ただらに
解決することは難しい、（２）の理由に対しては、正極
活物質に導電性の高い物質を導電補助剤として大量に添
加したり、また正極を金属ネットで包む等の対策が講じ
られているが、電池の容量を大幅に１貝なうことになる
ので必ずしも好ましいものではない。

さらに、急速充放電特性は正極として焼結体。

ペースト、粉体圧縮成形体のいずれを使用するかによっ
ても異なる。これらの三方式にはそれぞれ一長一短があ
り、このうち焼結体を使用する場合が一般に急速充放電
特性に最も優れている。しかし、正極を焼結体で構成す
るためには、ニッケル粉末を極板芯材に焼結させたもの
にニッケル塩を含浸させる工程、アルカリ処理工程、水
洗工程乾燥工程を繰り返すという複雑な製造工程を経な
ければならず、製造コストも高くなる。製造コストの観
点からは粉体圧縮成形体を使用するのが最も有利である
が、急速充放電特性は必ずしも満足なものではない。

そごで本発明は、上述の課題を解決し、正極に↑５）体
圧縮成形体を使用した場合にも優れた急速充放電特性の
達成できるアルカリ二次電池を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明者らは上述の目的を達成するために検討を重ねた
結果、導電補助剤としてテトラカルボニルニッケルの熱
分解により得られる粒径１〜５μｍのニッケルむ）末を
使用し、これを正極活物質であるニッケル酸化物、およ
び必要に応じて添加される結合剤等と共に圧縮成形した
粉体圧縮成形体で正極を構成すると良好な急速充放電特
性が達成されることを見出し、本発明を完成するに至っ
たものである。

すなわち本発明にかかるアルカリ二次Ｔｉ池は、ニッケ
ル酸化物を主体とする正極活物質と導？ｌｔ補助剤を含
有する粉体圧縮成形体を正極とするアルカリ二次″７１
ｉ池であって、上記導電補助剤がテトラカルボニルニッ
ケルの熱分解により得られる粒径１〜５１ｔｍのニッケ
ル粉末であることを特徴とするものである。

本発明の特色のひとつは、導電補助剤としてテトラカル
ボニルニッケルの熱分解により得られるニッケル粉末を
使用する点である。この方法によって得られるニッケル
粉末は、同様の目的で使用されていた従来のニッケル粉
末に比べて粒径が極めて小さく、また特有の表面性状を
有しており、少量の使用でも導電補助剤として非常に優
れた性能を発揮する０粒径が上述の範囲よりも大きくな
ると導電補助効果が低下する傾向があり、電池の内部抵
抗を下げるためには大量に使用せざるを得ない。しかし
、このように正極中において正損活物質以外の物質の含
量を増加させることは、電池容量の低下につながるので
好ましくない、一方、粒径が上述の範囲よりも小さいニ
ッケル粉末は工業的に入手することが難しい。

正極活物質としてはニッケル酸化物が使用される０通常
アルカリ電池において使用されるニッケル酸化物は水化
物（水酸化ニッケル）である。このニッケル酸化物の粒
径は３〜１００μｍとするが、正極活物質を十分にアル
カリ電解液と接触させて初期充放電特性を向上させる観
点からは、３〜３０μｍに選ぶことがより好ましい。

さらに、正極を形成するために何らかの結合剤を添加し
ても良く、かかる結合剤としてはテフロン等を使用する
ことが好ましい。

ここで、正極を構成する各材料の混合比は、ニッケル粉
末がおおよそ２０〜６０！ｆＩｆｆｔ％、ニッケル酸化
物が３５〜７５重■％である。さらに結合剤を使用する
場合は、５重■％程度とする。

本発明においては、これら正極活物質と導電補助剤、さ
らには必要に応じて結合剤を加えた混合粉末をプレス機
で圧縮成形した粉体圧縮成形体を正極としで使用する。

一方の負極は、水素吸蔵合金を負極活物質として構成さ
れるものである。ここで上記水素吸蔵合金としては、た
とえばＦｅＴｉ系合金、ＬａＮｉ。

系合金、Ｍｇ、Ｎｉ　　系合金等、従来公知の材料を使
用することができる。上記水素吸蔵合金中には高分子吸
収剤や導電性カーボン等が添加されていても良い。

その他、本発明のアルカリ二次電池を構成するセパレー
タやアルカリ電解液としては、通常使用されているもの
をいずれも使用することができる。

〔作用〕

本発明では、正極を構成する導電補助剤としてテトラカ
ルボニルニッケルの熱分解により得られる粒径１〜５μ
ｍのニッケル粉末が使用される。

このようにして得られるニッケル粉末は粒径が小さく、
しかも粒子表面に多数の突起を有しているので比表面積
が極めて大きい、粉体圧縮成形により作成される正極の
内部では突起を介してからまり合うように存在しており
、このような粒子間の空間配置がマトリクス的な導電効
果を生み出し、電池の内部抵抗を低減させ、散、連光放
電特性の改善を可能としているものと考えられる。

（実施例〕 以下、本発明をボタン型のニッケル水素電池に適用した
好適な実施例について図面を参照しながら説明する。

実施例 本実施例にかかるボタン型ニッケル水素電池は、第１図
に示すように、正極（２）を装着した正極缶（１）と負
極（５）を装着した負極缶（６）とをセパレータ（３）
を介して対向させるように重ね合わせ、正極缶（１）と
負極缶（６）の開口部をガスケット（４）によって封止
し、正極缶（１）をかしめた構成を有する。

上述のニッケル水素電池は、以下のようにして作成した
。

まず、正極活物質となる粒径３〜３０μｍの水酸化ニッ
ケル、導電補助剤となるテトラカルボニルニッケルの熱
分解によって得られる粒径１〜５μｍのニッケル粉末、
および結合剤となるテフロンわ）末を後述の第１表に示
す配合比（重量％）Ａ〜已にしたがって混合し、この混
合粉末をプレス機により５トン／ｃｍ”の圧力で圧縮成
形して直径７．２　ｍｍ、高さ１．２ｍｍのペレットを
作成し、これを正極とした。

次に、水酸化リチウムで飽和した３３重世％の水酸化カ
リウム水溶液をアルカリ電解液として上記正極缶内に滴
下し、次いで該正極缶内に上記正極を挿入し、さらにマ
イクロポーラス・ポリプロピレン・フィルムよりなるセ
パレータとガスゲットを載置した。

一方、負極活物質となる９５重量％のＬａＮ１５．＋Ａ
　ｌ　ｏ、　ｓ　、結合剤となる５ｆｆｌｉ％のテフロ
ン粉末を混合し、プレス機によって圧縮成形して直径４
．８ｍｍ、高さ１．２ｍｍのペレットを作成し、これを
負極とした。

このようにして作成された負極を上記セパレークの上に
載置し、再び先のアルカリ電解液を滴下した。

Ｑ後に負極缶を被・已、正極缶の周縁部をかしめて封口
し、ボタン型ニッケル水素電池を作成した。

比較例 上述の実施例に対する比較のため、導電補助剤として粒
径５〜３０μｍ、および粒径３０〜ｌｏｏＩＩｍの各ニ
ッケル粉末を使用して同様にボタン型ニッケル水素電池
を作成した。

（以Ｆ余白） 第１表 上述の実施例および比較例において得られた各ボタン型
ニッケル水素電池について、正極中のニッケル粉末の含
量による内部抵抗の変化を４（す定した結果を第２図に
示す０図中、縦軸は内部抵抗（Ω）、横軸はニッケル粉
末の含量（重■％）を表し、・印のプロットはニンケル
ｔ５）末の粒径が１〜５μｍの場合、Ｏ印のプロットは
５〜３０μｍの場合、Δ印のプロットは３０〜１１００
１Ｉの場合をそれぞれ表す、この図より、本発明にがか
る粒径１〜５゛μｍのニッケル粉末を導電補助剤として
使用した場合には、他の粒径の大きいニッケル粉末を使
用した場合に比べて少ない含量でも大幅な内部抵抗の低
減が可能であることが明らかである。

次に、上述の各ボタン型ニッケル水素電池のうち配合比
Ｂにしたがって作成されたものについて、急速充放電特
性を測定した。すなわち、各ボタン型ニッケル水素電池
を８ｍＡの充電電流で３時間充電し、次いで１２０Ωの
負荷を接続して終始電圧をＩＶとした定抵抗放電を行わ
せた。このような象、連光放電サイクルを１０回繰り返
した後の放電特性を測定した結果を第３図に示す。回申
、縦軸は電圧（■）、横軸は放電時間（分）を表し、曲
線ｌはニッケル粉末の粒径が１〜５８ｍの場合、曲線■
は５〜３０μｍの場合、曲線■は３０〜１００１１ｍの
場合をそれぞれ表す、この図より、本発明にかかる粒径
１〜５μｍのニッケル粉末を導電補助剤として使用した
場合には、他の粒径の大きいニッケル粉末を使用した場
合に比べて終始電圧ｌ■に達するまでの放電時間が長く
、長時間にわたり安定した放電特性を有することが明ら
かである。

（発明の効果〕 以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれば
正極中における導電補助剤の含量が少ない場合にもその
優れた導電性により効果的に電池の内部抵抗を低減させ
、急速充放電特性を改善することが可能となる。また、
上記正極は粉体圧縮形成により容易に作成できる。した
がって、高エネルギー密度を有し環境保全性に優れるア
ルカリ二次電池が高い生産性、経済性をもって提供でき
るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したボタン型ニッケル水素１１池
の一構成例を示す概略断面図である。第２図は本発明の
実施例および比較例にかかるボタン型ニッケル水素電池
の正極中におけるニッケル粉末の含量による内部抵抗の
変化を示す特性図である。第３図は本発明の実施例およ
び比較例にかかるボタン型ニッケル水素電池の急速充放
電サイクルを経た後の放電特性を示す特性図である。 正極缶 正極 セパレーク ガスケット 負極 負極化

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ニッケル酸化物を主体とする正極活物質と導電補助剤を
   含有する粉体圧縮成形体を正極とするアルカリ二次電池
   であって、 上記導電補助剤がテトラカルボニルニッケルの熱分解に
   より得られる粒径１〜５μｍのニッケル粉末であること
   を特徴とするアルカリ二次電池。