JP2002313412A - 二次電池の活性化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間で充分な活性化を行うことが可能な二
次電池の活性化方法を提供する。 【解決手段】 二次電池に対して、所定の周期で充電お
よび放電方向の電流値が交互に繰り返される変動電流、
例えばパルス電流により活性化を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル・水素二
次電池などのアルカリ二次電池を活性化する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ二次電池の一例として、ニッケ
ル・水素二次電池は、ニッケル酸化物を活物質として含
む正極と水素吸蔵合金を構成材として含む負極との間に
セパレータを介装して作成された電極群を容器内に収納
した後、この容器にアルカリ電解液を注入し、容器の開
口部を封口することにより製造される。このようにして
組み立てられた二次電池に対して、電池容量の安定化と
実使用時における信頼性を確保するために、活性化処理
が施されて出荷される。また、この活性化処理は、長期
間保管されて、自己放電特性により電池容量が低下して
いる二次電池に対しても出荷前に行われる。

【０００３】かかるニッケル・水素二次電池の活性化方
法としては、定電流または定電圧により充放電を行う方
法が一般的である。その充電条件としては、予め完全充
電付近の電池の内圧と温度上昇を考慮した電流値を使用
し、充電量は、時間との兼ね合いであるが、メモリ効果
の発生を抑えるために、電池容量よりも多い値に設定さ
れて充電が行われる。また、放電条件としては、次の充
電やメモリ効果を考慮して放電後に容量が残らないよう
に、最終的には、２Ａの放電電流で電池動作電圧がセル
当たり１Ｖまでの低下に設定されて放電が行われる。こ
の充放電サイクルを所定回数繰り返すことで、二次電池
が活性化される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
活性化方法では、以下のような問題点がある。

【０００５】図５は、充放電サイクル数に対する電池の
活性度を内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）の減少度合いで表すと
ともに、充電終了時の電池内圧を表した図である。な
お、図５において、１回の充放電サイクルとしては、充
電電流１０Ａで容量７Ａｈまでの充電期間と、１０分間
の休止期間と、放電電流１０Ａその後２Ａで単電池電圧
が１Ｖに低下するまでの放電期間からなる。図５に示す
ように、活性度は、充電終了時の内圧が所定値（図中で
は、０．５ＭＰａ）まで上昇して安全弁が開弁しない範
囲で、充放電サイクル数に比例して向上（ＤＣ−ＩＲが
減少）する。しかし、活性化を十分に行うために充放電
サイクル数を多くすると、活性化に要する時間が長くな
り、工程管理の高能率化を阻害する要因になってしま
う。

【０００６】図６は、充放電サイクル中の電池内圧およ
び単電池電圧の変化を示す図である。活性化に要する時
間を短縮するうえで、充電時間を短縮するために、図６
に示すように、充電電流値を２０Ａ（充電容量：７Ａ
ｈ）と大きくすると、電池の内圧上昇や温度上昇が大き
くなり、充電効率が低下し充電されにくくなる。これ
は、組立直後の電池にあっては電解液が極板に充分に浸
透していないためである。無理に充電を行うと、図６の
破線で囲んだ部分で示すような開弁によるガス漏れや、
ガス発生と余剰電解液との相乗作用により、極板の潤滑
や結着剤のネットワークの崩れなどに基づく活物質の脱
落などが起こって、電池劣化の原因となる。これを防止
するためには、充電量を少なくすることが賢明な策と言
える。

【０００７】しかし、電池容量よりも充電量を少なくす
ると、メモリ効果により充電電圧カーブに歪みが生じ
る。これにより、充電されない残存容量が大きい領域で
は、活性化が遅くなり不十分となるため、電池容量が低
下する原因にもなる。

【０００８】また、活性化に要する時間を短縮するうえ
で、放電時間を短縮するために、放電電流値を大きくす
ると、電池の発熱により、放電が十分に行えなくなる。
このように、放電が十分に行えない場合や、放電時間の
短縮のために完全放電を行わないとすると、充電状態の
残存容量が不明確なものとなり、過充電の危険性があっ
たり、活性化が不十分な領域が発生してしまうことにな
る。

【０００９】また、放電から充電へと折り返される部分
では、メモリ効果により放電電圧が低下して、放電電圧
カーブに歪みが生じるため、やはり電池容量が低下する
原因にもなる。

【００１０】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、短時間で充分な活性化を行う
ことが可能な二次電池の活性化方法を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る二次電池の活性化方法は、二次電池に
対して、所定の周期で充電および放電方向の電流値が交
互に繰り返される変動電流により活性化を施すことを特
徴とする。

【００１２】この方法によれば、従来の定電圧または定
電流による充放電サイクルではなく、例えば１秒から３
０秒の周期で、充電と放電方向の電流値が交互に繰り返
される変動電流により、二次電池に対して充放電を行う
ことで、電池の内圧および温度上昇を抑制し、短時間で
二次電池を充分に活性化することができる。この活性化
方法は、例えばニッケル・水素二次電池に適用される。

【００１３】上記の活性化方法において、変動電流は、
二次電池に対する充電量と放電量が同じになるように設
定されることが好ましい。これにより満充電状態より充
放電を行なえば、二次電池の充電効率は１００％ではな
いので、充電レベルは放電方向に推移し、限りなくＳＯ
Ｃ１００％に収束する。したがって過充電の心配がな
く、かつ短時間で活性化を行うことができる。

【００１４】または、上記の活性化方法において、変動
電流は、二次電池に対して充電過多となるように設定さ
れることが好ましい。これによれば、充電過多の充電量
と充電効率とのバランスが取れたところで充電レベルが
一定となり、過充電の心配がなく完全充電まで短時間で
活性化を行うことができる。また、メモリ効果により充
電および放電電圧カーブに歪みが生じることもない。

【００１５】この場合、変動電流は、二次電池の充電量
に対して放電量が９０％から９９．９９％の範囲になる
ように設定されることが好ましい。この下限値である９
０％は、充電過多により電池内圧が上昇して開弁しない
ための放電量と充電量との比に相当する。また、上限値
である９９．９９％は、確実に充電過多に設定するため
の放電量と充電量との比に相当する。

【００１６】また、上記の活性化方法において、変動電
流は、充電期間と放電期間との間に休止期間を有するこ
とが好ましい。これによれば、充電から放電、および放
電から充電への遷移期間として休止期間を設けること
で、電池の内圧および温度上昇を抑制し、試験条件の設
定を容易にすることができる。

【００１７】また、上記の活性化方法において、変動電
流は、パルス状電流であることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明の一実施形態による二次電
池の活性化方法における充放電パルス電流の波形を示す
図である。なお、図１において、ηは充電量に対する放
電量の比率を、縦軸の正方向は充電方向の電流値を負方
向は放電方向の電流値を表している。

【００２０】本実施形態による活性化方法は、充電容量
が７Ａｈであるニッケル・水素二次電池を対象としてお
り、充放電パルス電流は、図１に示すように、周期を３
０秒に、充電方向の電流値を１０Ａ、放電方向の電流値
を１０×ηＡ、充電および放電期間をともに１０秒に設
定している。また、各１０秒の充電期間と放電期間との
間に５秒の休止期間を設けている。

【００２１】図１において、充電量に対する放電量の比
率ηを１とした場合、充放電パルス状電流による充電量
と放電量が同じになる。しかしながら、ニッケル・水素
二次電池の充電効率は１以下であるので、過充電の心配
がなく活性化を行うことができる。

【００２２】また、充電量に対する放電量の比率ηを
０．９から０．９９９９の範囲の値にした場合、充放電
パルス電流による充電量のほうが放電量よりも多くな
り、充電過多となる。これにより、充電量と放電量を同
じに設定した場合に比べて、次のような利点がある。す
なわち、充電過多の充電量と充電効率とのバランスが取
れたところで充電レベルが一定となり、過充電の心配が
なく完全充電まで活性化を行うことができ、また、メモ
リ効果による充電および放電電圧カーブに歪みを生じる
こともない。

【００２３】図２は、図１に示す充放電パルス電流（η
＝０．９５）のサイクル数に対する単電池電圧および充
電容量の変化を示す図である。図２において、充放電パ
ルス電流のパルスサイクル数が１２００回を超えると、
すなわち少なくとも１０時間（３０秒周期×１２００サ
イクル）で、定格容量である７Ａｈに対して約６．５Ａ
ｈまで充電され、電池電圧もほぼ所定の値にまで上昇す
ることが分かる。

【００２４】図３は、図１に示す充放電パルス電流（η
＝０．９５）を用いた場合と、図５に対応する従来の定
電流または定電圧を用いた場合との、電池の活性度に対
応するＤＣ−ＩＲの減少度合いを比較した図である。な
お、図３において、本実施形態と従来例との比較のため
に、電池の内圧上昇が等しくなるように充放電レートを
設定している。

【００２５】図３に示すように、従来の定電流または定
電圧による充放電サイクルでのＤＣ−ＩＲ（破線で示
す）が減少する時間に比べて、本実施形態の充放電パル
ス電流によるパルスサイクルでのＤＣ−ＩＲ（実線で示
す）が減少する時間の方が少なく、活性化度が短時間で
向上していることが分かる。

【００２６】図４は、図１に示す充放電パルス電流（η
＝０．９５）を用いた場合と、図５に対応する従来の定
電流または定電圧を用いた場合との、充電容量に対する
電池内圧の変化を比較した図である。なお、図４におい
て、Ｐａは本実施形態における電池内圧を示し、Ｐｂは
従来例における電池内圧を示している。また、電池内圧
の比較を容易にするために、従来例における充電は７Ａ
ｈで終了せず１４．５Ａｈまで行なった。

【００２７】図４に示すように、本実施形態の充放電パ
ルス電流を用いた活性化のほうが、従来の定電流または
定電圧を用いた活性化よりも、電池内圧の上昇度合いが
少なく、また、電池電圧カーブにメモリ効果による電圧
低下を生じていないことが分かる。

【００２８】なお、本実施形態の説明では、充放電パル
ス電流の充電期間と放電期間との間に休止期間を設けた
が、充電および放電電流値を低く（例えば、１０Ａに対
して４Ａ）すれば、休止期間を設けなくても、電池の内
圧および温度上昇を抑制することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のように、充電電流を大きくして過充電による電池
内圧や温度上昇がなく、また、充電および放電電流を小
さくしてメモリ効果による充電および放電電圧カーブに
歪みを生じることもなく、短時間で完全充電まで十分な
活性化を行うことが可能な二次電池の活性化方法を実現
することが可能になる、という格別な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による二次電池の活性化
方法における充放電パルス状電流の波形を示す図

【図２】 本実施形態における充放電パルス電流のサイ
クル数に対する単電池電圧および充電容量の変化を示す
図

【図３】 本実施形態と従来における電池の活性度に対
応するＤＣ−ＩＲの減少度合いを比較した図

【図４】 本実施形態と従来における充電容量に対する
電池内圧の変化を比較した図

【図５】 従来の充放電サイクルに対するＤＣ−ＩＲお
よび電池内圧の変化を示す図

【図６】 従来の充放電サイクル中の電池内圧および単
電池電圧の変化を示す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 忠雄 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 尾藤 誠二 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 Ｆターム(参考） 5H028 AA05 BB10 BB14 HH10 5H030 AS20 BB01 BB06 BB21 BB26 FF42

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次電池に対して、所定の周期で充電お
   よび放電方向の電流値が交互に繰り返される変動電流に
   より活性化を施すことを特徴とする二次電池の活性化方
   法。
2. 【請求項２】 前記変動電流は、前記二次電池に対する
   充電量と放電量が同じになるように設定されることを特
   徴とする請求項１記載の二次電池の活性化方法。
3. 【請求項３】 前記変動電流は、前記二次電池に対して
   充電過多となるように設定されることを特徴とする請求
   項１記載の二次電池の活性化方法。
4. 【請求項４】 前記変動電流は、前記二次電池の充電量
   に対して放電量が９０％から９９．９９％の範囲になる
   ように設定されることを特徴とする請求項３記載の二次
   電池の活性化方法。
5. 【請求項５】 前記変動電流は、充電期間と放電期間と
   の間に休止期間を有することを特徴とする請求項１から
   ４のいずれか一項記載の二次電池の活性化方法。
6. 【請求項６】 前記変動電流は、パルス状電流であるこ
   とを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の二
   次電池の活性化方法。
7. 【請求項７】 前記二次電池は、ニッケル・水素二次電
   池である請求項１から６のいずれか一項記載の二次電池
   の活性化方法。