JPH09199162A - 密閉形アルカリ蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長寿命な負極に水素吸蔵合金を用いる密閉形
アルカリ蓄電池を得る。 【解決手段】 負極板の両面が正極板と対向する部分の
負極活物質量を片面にのみ対向する部分より多くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負極活物質を多孔
性の電極基体の両面に担持してなる負極板と、セパレー
タと、正極活物質を電極基体に担持する正極板と、アル
カリ電解液と電池容器を具備してなる密閉形アルカリ蓄
電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】密閉形アルカリ蓄電池、とりわけ水素吸
蔵合金やカドミウムを主体とする負極板と、水酸化ニッ
ケルを主活物質とする正極板とを備える密閉形ニッケル
・水素化物アルカリ蓄電池は、エネルギー密度が高いこ
とから、ポータブル機器や電気自動車の電源として、近
年賞用されている。

【０００３】これらの密閉形アルカリ蓄電池は、過充電
時に、水素ガスが負極から発生する前に、酸素ガスが正
極から発生するように、充電末期に未充電の活物質（こ
れは「充電リザーブ」とよばれる。）が残るように電池
を構成する。そして、正極から発生した酸素ガスを負極
において還元吸収することによって、電池内へのガスの
蓄積を防止し、密閉化を達成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような密閉形アル
カリ蓄電池では、電池のエネルギー密度を大きくしょう
として、充放電に関与しない充電リザーブ量を少なくし
ょうとすると、充電末期に負極からの水素ガス発生が起
こりやすくなり、電池の安全弁が開いて、電池内のガス
や電解液が放出され、電解液涸れが起こって、電池寿命
が短くなるという課題があった。この課題は、負極に水
素吸蔵合金を用いる場合に、その水素過電圧が小さく水
素が発生しやすいことから、深刻であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決するために、負極活物質を多孔性の電極基体の
両面に担持してなる水素吸蔵合金を主体とした負極板
と、セパレータと、水酸化ニッケルを主体とする正極活
物質を電極基体に担持する正極板と、アルカリ電解液と
電池容器を具備してなる密閉形アルカリ蓄電池であっ
て、前記正極板が前記セパレータを介して前記負極板と
対向し、両側の面において前記正極板と対向する前記負
極板の部分（Ａ）と、片側の面において前記正極板と対
向する前記負極板の部分（Ｂ）とを具備し、前記負極板
の部分（Ａ）の単位面積に担持される活物質の量が、前
記負極板の部分（Ｂ）の単位面積に担持される活物質の
量よりも多い密閉形アルカリ蓄電池を提供する。

【０００６】さらに、前記負極板の部分（Ａ）の単位
面積に担持される活物質の量が、前記負極板の部分
（Ｂ）の単位面積に担持される活物質の量を１００％と
して、１０％以上多いことが好ましい。

【０００７】さらに、前記負極板の電極基体が耐アル
カリ性金属からなるパンチングメタルデあり、負極活物
質がその両面に担持されている密閉形アルカリ蓄電池を
提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の構成すなわち、密閉形ア
ルカリ蓄電池において、負極活物質を多孔性の電極基体
の両面に担持してなる水素吸蔵合金を主体とした負極板
と、セパレータと、水酸化ニッケルを主体とする正極活
物質を電極基体に担持する正極板と、アルカリ電解液と
電池容器を具備してなる密閉形アルカリ蓄電池であっ
て、前記正極板が前記セパレータを介して前記負極板と
対向し、両側の面において前記正極板と対向する前記負
極板の部分（Ａ）と、片側の面において前記正極板と対
向する前記負極板の部分（Ｂ）とを具備し、前記負極板
の部分（Ａ）の単位面積に担持される活物質の量が、前
記負極板の部分（Ｂ）単位面積に担持される活物質の量
よりも多くすることにより、充電時の内圧の上昇が効果
的に抑制され、電池のサイクル寿命が向上する。

【０００９】具体的には、帯状電極を捲回して構成した
円筒形や長円形電池では、最外周や最内周の部分の負極
板が、前記負極板（Ｂ）に相当し、平板状電極を積層し
て構成した角形電池では、最外側の部分の負極板が、前
記負極板（Ｂ）に相当する。

【００１０】また、電池内圧を著しく上昇させることな
く、大電流の充電が可能となるので、より短時間の急速
充電が可能となる。

【００１１】このような電池の内圧上昇が抑制される機
構については明確ではないが、両側の面において正極板
と対向する負極板は、充放電反応が良好に進むときに、
充電終期に正極から発生した酸素ガスをスムーズに吸収
することができる。

【００１２】しかし、片側の面において正極板と対向す
る負極板では、正極に対向していない側の負極活物質
は、金網などの多孔性の電極基体の無孔部の影になる部
分において、充電反応に関与しにくいと推定される。

【００１３】とくに負極板の電極基体がパンチングメタ
ルの場合に、パンチングメタルの無孔部の影になる部分
の面積が大きいので、その負極活物質の多くが、充電反
応に関与しにくいと推定される。

【００１４】よって、両側の面において前記正極板と対
向する前記負極板の部分（Ａ）と、片側の面において前
記正極板と対向する前記負極板（Ｂ）とを具備し、前記
負極板の部分（Ａ）の単位面積に担持される活物質の量
が、前記負極板の部分（Ｂ）の単位面積に担持される活
物質の量よりも多くすることにより、前記負極板の部分
（Ｂ）において、負極板の電極基体の影になる負極活物
質の量が減少し、そのことによって、電池内に占める負
極の体積、および見かけのリザーブ量は同じであって
も、有効なリザーブ量が大きくなるためと考えられる。

【００１５】このような効果は、前記負極板の部分
（Ａ）の単位面積に担持される活物質の量が、前記負極
板の部分（Ｂ）の単位面積に担持される活物質の量を１
００％として、１０％以上多い場合に顕著である。

【００１６】

【実施例】本発明を好適な実施例によって詳しく説明す
る。

【００１７】負極はつぎの方法で製作した。ミッシュメ
タル（原料はバストネサイト）、ニッケル、コバルト、
マンガン、およびアルミニウムの金属材料をＭｍＮｉ
３．５ Ｃｏ０．８ Ｍｎ０．３ＡＡｌ０．４
のなるようにアルゴン雰囲気にした高周波誘導炉で溶解
し、この溶湯をモールドに流し込んで鋳込み、この合金
塊を、ジョークラッシャーで粗粉砕してからボールミル
で微粉砕するという方法で機械的に粉砕し、篩掛けし
て、水素吸蔵合金粉末を得た。

【００１８】次に、この水素吸蔵合金粉末を主体とし、
結着剤を分散した分散液ととともに混練りしてペースト
状混合物を調整した。このペースト状混合物を、厚さが
０．０５μｍで開口率が約０．５のニッケルメッキした
鉄製パンチングメタルの両面に塗布し、乾燥した後プレ
スし、所定の寸法に切断して水素吸蔵合金電極を製作し
た。この際に、水素吸蔵合金のの担持量を変えた同一面
積の水素吸蔵合金電極Ａ１〜Ａ１１を作成した。これら
の水素吸蔵合金電極Ａ１〜Ａ１１の合金充填量を表１に
示す。

【００１９】

【表１】 図１は水素吸蔵合金電極の配置を示した模式図である。
図１において、上記の水素吸蔵合金電極が、両面が正極
板と対向する部分Ａの内側の２枚と、片面が正極板と対
向する部分Ｂの外側の２枚とに種々組合わせた計４枚と
ポリアミド系不織布のセパレータ２で封筒状に包み込ま
れた公知の発泡メタル式ニッケル正極板３を３枚（水酸
化ニッケルを主体とする活物質の容量は合計９００ｍＡ
ｈ）とを交互に積層して電極群を形成し、深絞りケース
１にＫＯＨを主体とするアルカリ電解液とともに、上記
の電極群を設置して、復帰式の安全弁を有する蓋板とケ
ースとをケーザー溶接することによって、高さ６７ｍ
ｍ、幅１６．４ｍｍ、厚さ６ｍｍのニッケル・金属水素
化物電池を製作した。

【００２０】水素吸蔵合金電極Ａ６を４枚用いた従来電
池をａ１、水素吸蔵合金電極Ａ５を内側の２枚（Ａ）
に、水素吸蔵合金電極Ａ７を外側の２枚（Ｂ）に用いた
比較電池をｂ１、水素吸蔵合金電極Ａ４を内側の２枚
（Ａ）に、水素吸蔵合金電極Ａ８を外側の２枚（Ｂ）に
用いた本発明による実施例１の電池をｂ２、水素吸蔵合
金電極Ａ３を内側の２枚（Ａ）に、水素吸蔵合金電極Ａ
９を外側の２枚（Ｂ）に用いた本発明による実施例２の
電池をｂ３、および水素吸蔵合金電極Ａ２を内側の２枚
（Ａ）に、水素吸蔵合金電極Ａ１０を外側の２枚（Ｂ）
に用いた本発明による実施例３の電池をｂ４、および水
素吸蔵合金電極Ａ１を内側の２枚（Ａ）に、水素吸蔵合
金電極Ａ１１を外側の２枚（Ｂ）に用いた実施例４の電
池をｂ５と呼ぶ。表２に製作した電池の構成をしめす。

【００２１】

【表２】 以上の電池を、圧力センサを取り付けた電池内圧測定容
器に設置し、室温にて１時間率の電流にて充電し、内圧
の変化を測定した。結果を表３にしめす。

【００２２】

【表３】 すなわち、すべて同じ合金重量の負極を用いた従来電池
ａ１よりも、両側とも正極に対向している負極の合金重
量が、片側のみ正極に対向する負極の合金重量に対し
て、１０％以上多くなるように備えている本発明電池ｂ
２、ｂ３、ｂ４、およびｂ５のほうが内圧の上昇が低く
抑えられていることがわかる。

【００２３】しかしながら、両側とも正極に対向してい
る負極の合金重量が、片側のみ正極に対向する負極の合
金重量に対して、１１０％以下である比較電池ｂ１の場
合は、内圧の上昇を低く抑える効果はほとんど認められ
なかった。

【００２４】つぎに、従来電池ａ１、比較電池ｂ１及び
本発明電池ｂ２、ｂ３、ｂ４およびｂ５の充放電サイク
ル寿命試験をおこなった。このときの試験条件は、−Δ
Ｖ制御方式（充電終止電圧差：５ｍＶ）で９００ｍＡ
（１ＣｍＡ）の電流で充電し、９００ｍＡで電池電圧が
１．０Ｖになるまで放電するものであり、容量確認試験
［１８０ｍＡ（０．２ＣｍＡ）で終止電圧１．０Ｖまで
放電］は５０サイクル毎におこなった。

【００２５】このときの各電池が寿命（初期容量の８０
％以下になるまで）に至るまでのサイクル数を表４に示
す。すべて同じ合金重量の負極を用いた従来電池ａ１よ
りも、両側とも正極に対向している負極の合金重量が、
片側のみ正極に対向する負極の合金重量に対して、１０
％以上多く備えている本発明電池ｂ２、ｂ３、ｂ４、お
よびｂ５のほうが充放電サイクル寿命性能に優れている
ことがわかる。

【００２６】しかしながら、両側とも正極に対向してい
る負極の合金重量が、片側のみ正極に対向する負極の合
金重量に対して、１１０％以下である比較電池ｂ１の場
合、従来電池ａ１と同様の寿命であった。

【００２７】

【表４】

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、密
閉形アルカリ蓄電池の充電時の内圧の上昇が効果的に抑
制され、サイクル寿命が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による角形電池の水素吸蔵合金電極の配
置を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 深絞ケース ２ セパレータ ３ 正極板 Ａ 両面が正極板と対向する水素吸蔵合金電極 Ｂ 片面が正極板と対向する水素吸蔵合金電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負極活物質を多孔性の電極基体の両面に
   担持してなる水素吸蔵合金を主体とした負極板と、セパ
   レータと、水酸化ニッケルを主体とする正極活物質を電
   極基体に担持する正極板と、アルカリ電解液と電池容器
   を具備してなる密閉形アルカリ蓄電池であって、前記正
   極板が前記セパレータを介して前記負極板と対向し、両
   側の面において前記正極板と対向する前記負極板の部分
   （Ａ）と、片側の面において前記正極板と対向する前記
   負極板の部分（Ｂ）とを具備し、前記負極板の部分
   （Ａ）の単位面積に担持される活物質の量が、前記負極
   板の部分（Ｂ）の単位面積に担持される活物質の量より
   も多いことを特徴とする密閉形アルカリ蓄電池。
2. 【請求項２】前記負極板の部分（Ａ）の単位面積に担持
   される活物質の量が前記負極板の部分（Ｂ）の単位面積
   に担持される活物質の量を１００％として、１０％以上
   多いことを特徴とする請求項１記載の密閉形アルカリ蓄
   電池。
3. 【請求項３】前記負極板の多孔性の電極基体が耐アルカ
   リ性金属からなるパンチングメタルであり、負極活物質
   がその両面に担持されていることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の密閉形アルカリ蓄電池。