JP2013178883A - Alkaline storage battery and alkaline storage battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルカリ蓄電池及びこれを用いた蓄電池システムに関するものである。
The present invention relates to an alkaline storage battery and a storage battery system using the same.
近年、ハイブリッド自動車用途に加えて、アイドリングストップ自動車用アルカリ蓄電池の検討がなされている。アイドリングストップ自動車用途においては、鉛蓄電池との互換性の観点から、システムの低電圧化(システムあたりのセル数削減)が必要となっている。加えて高温環境で使用されることから、高温での充電効率特性の更なる向上が求められている。 In recent years, alkaline storage batteries for idling stop vehicles have been studied in addition to hybrid vehicle applications. In idling stop automobile applications, it is necessary to lower the voltage of the system (reducing the number of cells per system) from the viewpoint of compatibility with lead-acid batteries. In addition, since it is used in a high temperature environment, further improvement in charging efficiency characteristics at a high temperature is required.
一般に、アルカリ蓄電池は、活物質である水酸化ニッケルを導電性基板に充填したニッケル正極を使用している。前記正極を含むアルカリ蓄電池は、過充電時に生じる正極の膨化抑制を目的に正極活物質中に亜鉛を固溶添加している。ただし、過充電領域までの使用を想定しない車両用途においては、正極活物質中で電気抵抗成分となる亜鉛の添加量を削減する方法が検討されている。(特許文献1) Generally, an alkaline storage battery uses a nickel positive electrode in which a conductive substrate is filled with nickel hydroxide as an active material. In the alkaline storage battery including the positive electrode, zinc is added as a solid solution to the positive electrode active material for the purpose of suppressing the expansion of the positive electrode that occurs during overcharge. However, in a vehicle application that does not assume use up to the overcharge region, a method of reducing the amount of zinc that is an electrical resistance component in the positive electrode active material is being studied. (Patent Document 1)
部分充放電が行われるハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(PEV)などの車両用途に用いられるアルカリ蓄電池では、部分充放電による出力劣化や容量劣化の要因として、メモリー効果に起因した充電効率の低下が知られている。
この対策として、本願発明者は、電解液中にタングステン化合物、ニオブ化合物、モリブデン化合物から選択されたいずれか1種以上の化合物の添加が有効であることを確認している(特願2011-259800)。
In alkaline storage batteries used for vehicle applications such as hybrid vehicles (HEV) and electric vehicles (PEV) where partial charge / discharge is performed, the charge efficiency declines due to the memory effect as a factor of output degradation and capacity degradation due to partial charge / discharge It has been known.
As a countermeasure against this, the present inventor has confirmed that the addition of at least one compound selected from a tungsten compound, a niobium compound, and a molybdenum compound in the electrolytic solution is effective (Japanese Patent Application No. 2011-259800). ).
しかしながら、上記化合物を添加した場合でも、さらに高温環境(60℃〜80℃)で十分な充電効率が得られない課題が判明した。車載用途ではエンジンルーム近くの60℃以上の環境で電池が使用されることがあり、高温環境で優れた充電効率特性が必要となる。 However, even when the above compound is added, a problem has been found that sufficient charging efficiency cannot be obtained even in a higher temperature environment (60 ° C. to 80 ° C.). In an in-vehicle application, a battery may be used in an environment of 60 ° C. or more near an engine room, and thus excellent charging efficiency characteristics are required in a high temperature environment.
本発明は、以上の事情に鑑みなされたものであって、水酸化ニッケルを主正極活物質とする正極と負極と、アルカリ電解液とを備えたアルカリ蓄電池において、
前記正極には、主正極活物質となる水酸化ニッケルに亜鉛が添加されているとともに、前記亜鉛の添加量は前記正極活物質中のニッケル質量に対して3質量%以上、8質量%以下であって、
前記アルカリ電解液には、タングステン化合物、モリブデン化合物、ニオブ化合物から選択されたいずれか1種以上の化合物が添加されているとともに、アルカリ電解液1g中の前記金属元素の質量が、5mg以上、34mg以下であり、かつアルカリ蓄電池の単位正極容量当たりのアルカリ電解液量を、2.4g/Ah以上、3.3g/Ah以下としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in an alkaline storage battery comprising a positive electrode and a negative electrode having nickel hydroxide as a main positive electrode active material, and an alkaline electrolyte,
In the positive electrode, zinc is added to nickel hydroxide as a main positive electrode active material, and the amount of zinc added is 3% by mass or more and 8% by mass or less with respect to the mass of nickel in the positive electrode active material. There,
One or more compounds selected from a tungsten compound, a molybdenum compound, and a niobium compound are added to the alkaline electrolyte, and the mass of the metal element in 1 g of the alkaline electrolyte is 5 mg or more and 34 mg. The amount of alkaline electrolyte per unit positive electrode capacity of the alkaline storage battery is 2.4 g / Ah or more and 3.3 g / Ah or less.
上記のようにすることで、電池の初期状態で良好な充電効率が得られると共に、部分充放電の耐久寿命を、従来から向上することが可能となる。
例えば、タングステンが正極に析出すると充電効率が向上するが、電解液中のタングステン濃度が適切でないと、タングステンの析出が不均一となり、期待する充電効率が得られ
ない。この影響は高温環境(60℃〜80℃)ほど顕著となる。
タングステンを均一に析出するためには、電解液1g当たりのタングステン量を、5mg以上、34mg以下とすることが効果的であることを見出した。
また、上記電解液当たりのタングステン量を添加しても、十分な特性をえるには正極容量当たりの電解液量を、2.4g/Ah以上、3.3g/Ah以下にする必要がある。
By doing as mentioned above, it is possible to obtain good charging efficiency in the initial state of the battery and to improve the durable life of partial charge / discharge.
For example, when tungsten is deposited on the positive electrode, the charging efficiency is improved. However, if the tungsten concentration in the electrolytic solution is not appropriate, the tungsten deposition is not uniform, and the expected charging efficiency cannot be obtained. This effect becomes more prominent in high temperature environments (60 ° C. to 80 ° C.).
It has been found that in order to deposit tungsten uniformly, it is effective that the amount of tungsten per gram of the electrolyte is 5 mg or more and 34 mg or less.
Moreover, even if the amount of tungsten per electrolytic solution is added, the amount of electrolytic solution per positive electrode capacity needs to be 2.4 g / Ah or more and 3.3 g / Ah or less in order to obtain sufficient characteristics.
上記の両条件を満たすことで、正極表面に必要量のタングステンを均一に析出でき、高温環境(60℃〜80℃)での充電効率を向上することを可能とした。
また、正極の亜鉛量が充電効率を大きく変化することが知られているが、上記のタングステン添加により良好な充電効率が得られる亜鉛量は、前記正極活物質中のニッケル質量に対して3質量%から8質量%である。
充電効率の改善効果は、電池の初期状態でも確認できるが、部分充放電を行った後で、その効果はさらに明らかとなる。
なお、本発明のアルカリ蓄電池では、高温の充電効率バラツキが抑制されるため、アルカリ蓄電池の並列に使用することが望ましい。
By satisfying both the above conditions, a necessary amount of tungsten can be uniformly deposited on the surface of the positive electrode, and charging efficiency in a high temperature environment (60 ° C. to 80 ° C.) can be improved.
Further, it is known that the amount of zinc in the positive electrode greatly changes the charging efficiency, but the amount of zinc at which good charging efficiency can be obtained by the above-mentioned addition of tungsten is 3 mass relative to the mass of nickel in the positive electrode active material. % To 8% by mass.
The effect of improving the charging efficiency can be confirmed even in the initial state of the battery, but the effect becomes more apparent after partial charge / discharge.
In addition, in the alkaline storage battery of this invention, since variation in high-temperature charging efficiency is suppressed, it is desirable to use it in parallel with alkaline storage batteries.
ついで、本発明の実施の形態を以下に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail below. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the present invention.
1.ニッケル正極本発明のニッケル正極11は、基板となるニッケル焼結基板の多孔内に所定量の水酸化ニッケルと水酸化亜鉛とが充填されて形成されている。
この場合、ニッケル焼結基板は、まず、例えば、ニッケル粉末に、増粘剤となるメチルセルロース(MC)と高分子中空微小球体(例えば、孔径が60μmのもの)と水とを混合、混練してニッケルスラリーを作製する。ついで、ニッケルめっき鋼板からなるパンチングメタルの両面にニッケルスラリーを塗着した後、還元性雰囲気中で1000℃で加熱して、塗着されている増粘剤や高分子中空微小球体を消失させるとともにニッケル粉末同士を焼結することにより作製されている。
そして、得られたニッケル焼結基板に以下のような含浸液に含浸した後、アルカリ処理液によるアルカリ処理を所定回数繰り返すことにより、ニッケル焼結基板の多孔内に所定量の水酸化ニッケルと水酸化亜鉛とが充填される。この後、所定の寸法に裁断することにより、正極活物質が充填されたニッケル正極が作製される。ここで、正極活物質となる水酸化ニッケルのニッケル質量に対して水酸化亜鉛の亜鉛質量の比率が1質量%から8質量%となるように形成した。
この場合、含浸液としては、硝酸ニッケルと硝酸亜鉛を所定のモル比に調整したものを用い、アルカリ処理液としては、比重が1.3の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液を用いる。なお、高温特性を高めるなどの目的で、硝酸コバルトや硝酸イットリウムや硝酸イッテルビウムなども添加した含浸液を用いるようにしても良い。
そして、ニッケル焼結基板を含浸液に浸漬して、ニッケル焼結基板の細孔内に含浸液を含浸させた後、乾燥させ、ついで、アルカリ処理液に浸漬してアルカリ処理を行う。これにより、ニッケル塩や亜鉛塩を水酸化ニッケルや水酸化亜鉛に転換させる。この後、充分に水洗してアルカリ溶液を除去した後、乾燥させる。このような、含浸液の含浸、乾燥、アルカリ処理液への浸漬、水洗、および乾燥という一連の正極活物質の充填操作を6回繰り返すことにより、所定量の正極活物質がニッケル焼結基板に充填されたニッケル正極1
1を作製した。
1. Nickel positive electrode The nickel
In this case, the nickel sintered substrate is first prepared by mixing and kneading, for example, nickel powder with methyl cellulose (MC) as a thickener, polymer hollow microspheres (for example, having a pore diameter of 60 μm), and water. A nickel slurry is prepared. Next, after applying nickel slurry on both sides of the punching metal made of nickel-plated steel plate, it is heated at 1000 ° C. in a reducing atmosphere, and the applied thickener and polymer hollow microspheres disappear. It is produced by sintering nickel powders.
Then, after impregnating the obtained nickel sintered substrate with the following impregnating liquid, the alkali treatment with the alkali treatment liquid is repeated a predetermined number of times, whereby a predetermined amount of nickel hydroxide and water are placed in the pores of the nickel sintered substrate. Filled with zinc oxide. Then, the nickel positive electrode with which the positive electrode active material was filled is produced by cutting to a predetermined dimension. Here, it formed so that the ratio of the zinc mass of zinc hydroxide might be 1 mass% to 8 mass% with respect to the nickel mass of the nickel hydroxide used as a positive electrode active material.
In this case, as the impregnation liquid, a solution in which nickel nitrate and zinc nitrate are adjusted to a predetermined molar ratio is used, and as the alkali treatment liquid, a sodium hydroxide (NaOH) aqueous solution having a specific gravity of 1.3 is used. Note that an impregnation liquid to which cobalt nitrate, yttrium nitrate, ytterbium nitrate, or the like is added may be used for the purpose of improving high temperature characteristics.
Then, the nickel sintered substrate is immersed in the impregnating solution, the impregnating solution is impregnated in the pores of the nickel sintered substrate, dried, and then immersed in the alkali processing solution to perform the alkali treatment. Thereby, nickel salt and zinc salt are converted into nickel hydroxide and zinc hydroxide. Thereafter, it is sufficiently washed with water to remove the alkaline solution and then dried. A series of positive electrode active material filling operations such as impregnation with an impregnation solution, drying, immersion in an alkali treatment solution, washing with water, and drying are repeated six times, whereby a predetermined amount of the positive electrode active material is applied to the nickel sintered substrate. Filled nickel positive electrode 1
1 was produced.
2.水素吸蔵合金負極水素吸蔵合金負極12は、パンチングメタルからなる負極芯体に水素吸蔵合金スラリーを充填されて形成されている。この場合、例えば、ランタン(La)、ネオジウム(Nd)、マグネシウム(Mg)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、コバルト(Co)を所定のモル比の割合で混合した後、この混合物を高周波誘導炉で溶解させた後冷却して水素吸蔵合金インゴットを作製する。今回、La0.3Nd0.6Mg0.1Ni3.6Al0.1を作製した。
この後、1000℃のアルゴンガス雰囲気で10時間の熱処理を行ってインゴットにおける結晶構造を調整する。この水素吸蔵合金を不活性雰囲気中で機械的に粉砕し、篩分けにより25μmの粒径の合金粉末を選別した。
この後、得られた水素吸蔵合金粒子100質量部に対し、非水溶性高分子結着剤としてのSBR(スチレンブタジエンラテックス)を1.0質量部と、増粘剤としてCMC(カルボキシメチルセルロース)を0.1質量部と、適量の純水を加えて混練して、水素吸蔵合金スラリーを調製した。そして、得られた水素吸蔵合金スラリーをパンチングメタル(ニッケルメッキ鋼板製)からなる負極芯体の両面に塗着した後、100℃で乾燥させ、所定の充填密度になるように圧延した後、所定の寸法に裁断して水素吸蔵合金負極11を作製した。
2. Hydrogen Storage Alloy Negative Electrode The hydrogen storage alloy
Thereafter, heat treatment is performed in an argon gas atmosphere at 1000 ° C. for 10 hours to adjust the crystal structure in the ingot. This hydrogen storage alloy was mechanically pulverized in an inert atmosphere, and an alloy powder having a particle size of 25 μm was selected by sieving.
Thereafter, 1.0 part by mass of SBR (styrene butadiene latex) as a water-insoluble polymer binder and CMC (carboxymethylcellulose) as a thickener are added to 100 parts by mass of the obtained hydrogen storage alloy particles. 0.1 parts by mass and an appropriate amount of pure water were added and kneaded to prepare a hydrogen storage alloy slurry. And after apply | coating the obtained hydrogen storage alloy slurry to both surfaces of the negative electrode core body which consists of punching metal (made by nickel plating steel plate), after drying at 100 degreeC and rolling so that it may become predetermined | prescribed packing density, predetermined The hydrogen storage alloy
4.ニッケル−水素蓄電池
上述のようにして作製されたニッケル正極11と、水素吸蔵合金負極12とを用い、これらの間に、目付が55g/m2のポリオレフィン製不織布からなるセパレータ13を介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製した。なお、このようにして作製された渦巻状電極群の上部にはニッケル正極11の芯体露出部11cが露出しており、その下部には水素吸蔵合金電極12の芯体露出部12cが露出している。ついで、得られた渦巻状電極群の下端面に露出する芯体露出部12cに負極集電体14を溶接するとともに、渦巻状電極群の上端面に露出するニッケル電極11の芯体露出部11cの上に正極集電体15を溶接して、電極体とした。
4). Nickel-hydrogen storage battery A nickel
ついで、得られた電極体を鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装缶(底面の外面は負極外部端子となる)17内に収納した後、負極集電体14を外装缶17の内底面に溶接した。
一方、正極集電体15より延出する集電リード部15aを封口体18の底部に溶接した。なお、封口体18には正極キャップ18aが設けられていて、この正極キャップ18a内に所定の圧力になると変形する弁体18bとスプリング18cよりなる圧力弁(図示せず)が配置されている。
Next, after the obtained electrode body was accommodated in a bottomed cylindrical outer can in which nickel was plated on iron (the outer surface of the bottom surface becomes a negative external terminal) 17, the negative electrode
On the other hand, a current collecting
ついで、外装缶17の上部外周部に環状溝部17aを形成した後、アルカリ電解液を注液し、外装缶17の上部に形成された環状溝部17aの上に封口体18の外周部に装着された絶縁ガスケット19を載置した。この後、外装缶17の開口端縁17bをかしめることにより、公称容量は4.0AhでDサイズ(直径が32mmで、高さが44.7mm)のニッケル−水素蓄電池10を作製した。外装缶内に注入するアルカリ電解液量は、アルカリ濃度が6.7mol/L、水酸化カリウム濃度が4.3mol/L、水酸化ナトリウム濃度が2.2mol/L、水酸化リチウム濃度が0.2mol/Lに調整した混合水溶液に、ニオブ化合物、タングステン化合物及びモリブデン化合物から選択されたいずれか1種以上の化合物を添加したものを使用した。
この場合、表1に示すように、タングステンが前記電解液の質量に対して所定量となるよう添加し、ニッケル−水素蓄電池A〜Rを作製した。
Next, after forming the annular groove portion 17 a on the outer periphery of the upper portion of the
In this case, as shown in Table 1, tungsten was added so as to have a predetermined amount with respect to the mass of the electrolytic solution, and nickel-hydrogen storage batteries A to R were produced.
5.電池試験
(1)電池活性化 まず、上述のようにして作製したニッケル−水素蓄電池A〜電池Rを用いて、25℃の温度雰囲気で、1.0Itの充電々流でSOC(State Of Charge:充電深度)の120%まで充電し、1時間休止する。ついで、60℃の温度雰囲気で24時間放置した後、30℃の温度雰囲気で、1.0Itの放電々流で電池電圧が0.9Vになるまで放電させるサイクルを2サイクル繰り返して、これらのニッケル−水素蓄電池A〜電池Rを活性化した。
5. Battery Test (1) Battery Activation First, using the nickel-hydrogen storage battery A to battery R produced as described above, SOC (State Of Charge) at a charging current of 1.0 It in a temperature atmosphere of 25 ° C. Charge to 120% of the charging depth) and rest for 1 hour. Next, after being left in a 60 ° C. temperature atmosphere for 24 hours, in a 30 ° C. temperature atmosphere, a cycle of discharging at a discharge current of 1.0 It until the battery voltage reaches 0.9 V is repeated two times, and these nickel -Activated the hydrogen storage batteries A to R.
(2)電池容量活性化終了後のニッケル−水素蓄電池A〜電池Rを、25℃の温度雰囲気で、1.0Itの充電電流でSOC(State Of Charge:充電深度)の120%まで充電し、1時間休止させた。ついで、25℃の温度雰囲気で、1.0Itの放電電流で電池電圧が1.0Vになるまで放電させるサイクルを2サイクル繰り返して各電池の初期電池容量を求めた。
(2) Charge the nickel-hydrogen storage battery A to battery R after battery capacity activation to 120% of SOC (State Of Charge) at a charging current of 1.0 It in a temperature atmosphere of 25 ° C., Paused for 1 hour. Next, the initial battery capacity of each battery was determined by repeating two cycles of discharging at a temperature atmosphere of 25 ° C. until the battery voltage reached 1.0 V with a discharge current of 1.0 It.
(3)充電効率試験 活性化終了後のニッケル−水素蓄電池A〜電池Rを、0.5Itの充電電流にて、55℃と80℃の環境温度で、前記で測定した初期電池容量のSOC(State Of Charge:充電深度)が80%となるまで充電した後、1.0Itの放電電流で電池電圧が1.0Vになるまで放電させるサイクルを2サイクル繰り返して、2サイクル目の充電容量に対する放電容量の比率から充電効率を求めた。
(3) Charging efficiency test After activation, the nickel-hydrogen storage battery A to battery R were charged with 0.5 It at an environmental temperature of 55 ° C. and 80 ° C. at an environmental temperature of 80 ° C. The state of charge (charging depth) is charged until it reaches 80%, and then a cycle of discharging until the battery voltage reaches 1.0 V with a discharge current of 1.0 It is repeated 2 cycles to discharge to the charge capacity of the second cycle. Charging efficiency was calculated from the capacity ratio.
(4)部充放電試験活性化終了後のニッケル−水素蓄電池A〜電池Rを、10Itの充電電流にて、50℃の温度雰囲気で、前記で測定した初期電池容量に対するSOC(State Of Charge:充電深度)が80%となる電圧まで充電した後、10Itの放電電流にてSOCが20%となる電圧まで放電させるというサイクルを繰り返す部分充放電サイクル試験を行った。そして、このような部分充放電サイクルの前後で25℃放電出力を確認した。
(4) Nickel-hydrogen storage battery A to battery R after the completion of the partial charge / discharge test activation, SOC (State Of Charge) with respect to the initial battery capacity measured above in a temperature atmosphere of 50 ° C. at a charging current of 10 It. A partial charge / discharge cycle test was repeated in which a cycle of charging to a voltage at which the SOC was 20% was performed at a discharge current of 10 It after charging to a voltage at which the charge depth was 80%. And 25 degreeC discharge output was confirmed before and after such a partial charging / discharging cycle.
(5)25℃放電出力試験活性化終了後、及び部分充放電サイクル試験後のニッケル−水素蓄電池A〜電池Rを、25℃の温度雰囲気で、1.0Itの充電電流で電池容量の50%まで充電し、25℃の温度雰囲気で3時間保管した後に50Itの放電電流で10秒間放電し、10秒後の電池電圧と電流の積から25℃放電出力を求めた。また、25℃放電出力が部分充放電サイクル後に初期比70%となるまでに得られた総放電電気量を用いて耐久性を比較した。
(5) After activation of the 25 ° C. discharge output test and after the partial charge / discharge cycle test, the nickel-hydrogen storage batteries A to R are 50% of the battery capacity at a charging current of 1.0 It in a temperature atmosphere of 25 ° C. The battery was stored for 3 hours in a temperature atmosphere at 25 ° C. and then discharged for 10 seconds at a discharge current of 50 It, and the 25 ° C. discharge output was obtained from the product of the battery voltage and current after 10 seconds. In addition, the durability was compared using the total amount of electricity discharged until the 25 ° C. discharge output reached 70% of the initial ratio after the partial charge / discharge cycle.
(6)評価結果
上述のようにして得られた各評価結果を表2に示す。
(6) Evaluation results Table 2 shows the evaluation results obtained as described above.
表2に示すように、比較例1から正極容量当たりの電解液量を増加した実施例.7と実施例.8で、充電効率と耐久性が大きく向上することを確認した。
充電効率が向上すると部分充放電中の酸素発生が少なくなって、正負極の材料酸化が抑えられるために出力低下を抑制できると考える。
また、正極の亜鉛量が3質量%から8質量%の範囲では、タングステン量が5mgから34mgで、亜鉛量とタングステン量の増加に伴い充電効率が向上する傾向が見られるが、このときの電解液量を2.4g/Ahから3.3g/Ahとしなければ、その効果が発現しないことが、比較例.2から比較例.4で確認された。本電解液量とタングステン量の関係において、充電効率を向上するのに必要量のタングステンを正極に均一に析出できると考えられる。
なお、亜鉛量が15質量%でも充電効率は向上するが、部分充放電後の出力性能が大きく低下することが確認された。これは充電効率が良好でも、亜鉛が多いために反応抵抗が大きくなり、これに伴う電池の発熱が影響し、正負極の材料劣化を加速しているためと考える。
なお、特にデータは示さないが、ニオブ化合物、モリブデン化合物においても同様の効果を確認している。
As shown in Table 2, it was confirmed that the charging efficiency and durability were greatly improved in Example 7 and Example 8 in which the amount of the electrolytic solution per positive electrode capacity was increased from Comparative Example 1.
If the charging efficiency is improved, the generation of oxygen during partial charge / discharge is reduced, and the material oxidation of the positive and negative electrodes is suppressed.
In addition, when the zinc amount of the positive electrode is in the range of 3% by mass to 8% by mass, the tungsten amount is 5 mg to 34 mg, and the charging efficiency tends to be improved as the zinc amount and the tungsten amount increase. It was confirmed in Comparative Examples 2 to 4 that the effect was not exhibited unless the liquid volume was changed from 2.4 g / Ah to 3.3 g / Ah. In the relationship between the amount of the electrolytic solution and the amount of tungsten, it is considered that a necessary amount of tungsten can be uniformly deposited on the positive electrode in order to improve the charging efficiency.
In addition, although the charging efficiency was improved even when the zinc amount was 15% by mass, it was confirmed that the output performance after partial charge / discharge was greatly reduced. This is considered to be because even though the charging efficiency is good, the reaction resistance increases due to the large amount of zinc, and the accompanying heat generation of the battery influences, accelerating material deterioration of the positive and negative electrodes.
Although no particular data is shown, similar effects have been confirmed for niobium compounds and molybdenum compounds.
以上より、水酸化ニッケルを主正極活物質とする正極と負極と、アルカリ電解液とを備えたアルカリ蓄電池であって、前記正極には、主正極活物質となる水酸化ニッケルに亜鉛が添加されているとともに、前記亜鉛の添加量は前記正極活物質中のニッケル質量に対して3質量%以上、8質量%以下であって、前記アルカリ電解液には、タングステン化合物、モリブデン化合物、ニオブ化合物から選択されたいずれか1種以上の化合物が添加されているとともに、アルカリ電解液1g中の前記金属元素の質量が、5mg以上、34mg以下であり、かつアルカリ蓄電池の単位正極容量当たりのアルカリ電解液量が、2.4g/Ah以上、3.3g/Ah以下であることを特徴とする前記アルカリ蓄電池において、従来よりも高温環境の充電効率に優れて、部分充放電による出力低下を抑制できることがわかった。
また、充電効率が低い電池では、部分充放電の進行に伴い電池間のSOCにバラツキが生じ易い事は明らかであるが、上記アルカリ蓄電池においては、本バラツキが少なくなるため、よりSOCのバラツキに敏感なアルカリ電池の並列使用に適しているといえる。
As described above, an alkaline storage battery including a positive electrode and a negative electrode using nickel hydroxide as a main positive electrode active material and an alkaline electrolyte, wherein zinc is added to nickel hydroxide as a main positive electrode active material. In addition, the amount of zinc added is 3% by mass or more and 8% by mass or less based on the mass of nickel in the positive electrode active material. The alkaline electrolyte includes a tungsten compound, a molybdenum compound, and a niobium compound. Any one or more selected compounds are added, the mass of the metal element in 1 g of the alkaline electrolyte is 5 mg or more and 34 mg or less, and the alkaline electrolyte per unit positive electrode capacity of the alkaline storage battery In the alkaline storage battery, the amount is 2.4 g / Ah or more and 3.3 g / Ah or less. It was excellent and it turned out that the output fall by partial charging / discharging can be suppressed.
In addition, it is clear that batteries with low charging efficiency tend to have variations in SOC between batteries as partial charge / discharge progresses. However, in alkaline storage batteries, since this variation is reduced, the variation in SOC is further increased. It can be said that it is suitable for parallel use of sensitive alkaline batteries.
6.アルカリ蓄電池システム
ついで、上述のようにして作製したニッケル−水素蓄電池10を複数個組み合わせて構成されるアルカリ蓄電池システム100を、図2に基づいて以下に説明する。ここで、図2に示すように、本発明のアルカリ蓄電池システム100は、電源101と、上述したニッケル−水素蓄電池10からなる単電池が10個直列接続された電池モジュールを2個並列接続して形成された組電池102とを備えている。
6). Next, an alkaline
電源101と組電池102との間には、この電源101からの電流および電圧を所定の定電流および定電圧に変換して組電池102に供給する充電制御部103と、組電池102に流れる電流を検出する電流検出回路104と、組電池102の電池電圧を検出する電圧検出回路105と、組電池102の強制放電を制御する放電制御部106と、電流検出回路104および電圧検出回路105からの検出値に基づいて、充電制御部103および放電制御部106の動作を制御するCPUなどからなるマイクロコンピュータ107とが接続されている。なお、放電制御部106には組電池102を放電するための放電抵抗が接続されており、マイクロコンピュータ107には所定の時間を計測するタイマー108が接続されている。マイクロコンピュータ107は、部分充放電制御回路を含んでおり、ニッケル−水素蓄電池10が部分充放電されるように制御される。
Between the
また、上記構成のアルカリ蓄電池システム100における部分充放電制御は、アルカリ蓄電池が、SOCが20〜80%の範囲でのみ、充放電がされるようになされているので、ニッケル−水素蓄電池10が低SOC又は高SOC状態となるのを効果的に防止できる。上記制御の範囲ではニッケル−水素蓄電池10の出力性能劣化は、負極合金劣化に支配されることから、本発明のアルカリ蓄電池は、上記構成のアルカリ蓄電池システムに好適であるといえる。
Further, the partial charge / discharge control in the alkaline
11…ニッケル電極、11c…芯体露出部、12…水素吸蔵合金電極、12c…芯体露出部、13…セパレータ、14…負極集電体、15…正極集電体、15a…集電リード部、
17…外装缶、17a…環状溝部、17b…開口端縁、18…封口体、18a…正極キャップ、18b…弁板、18c…スプリング、19…絶縁ガスケット、100…アルカリ蓄電池システム、101…電源、102…組電池、103…充電制御部、104…電流検出部、105…電圧検出部、106…放電制御部、107…マイクロコンピュータ、108…タイマー
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記正極には、主正極活物質となる水酸化ニッケルに亜鉛が添加されているとともに、前記亜鉛の添加量は前記正極活物質中のニッケル質量に対して3質量%以上、8質量%以下であって、
前記アルカリ電解液には、タングステン化合物、モリブデン化合物、ニオブ化合物から選択されたいずれか1種以上の化合物が添加されているとともに、アルカリ電解液1g中の前記金属元素の質量が、5mg以上、34mg以下であり、かつアルカリ蓄電池の単位正極容量当たりのアルカリ電解液量が、2.4g/Ah以上、3.3g/Ah以下であることを特徴とするアルカリ蓄電池。 An alkaline storage battery comprising a positive electrode and a negative electrode having nickel hydroxide as a main positive electrode active material, and an alkaline electrolyte,
In the positive electrode, zinc is added to nickel hydroxide as a main positive electrode active material, and the amount of zinc added is 3% by mass or more and 8% by mass or less with respect to the mass of nickel in the positive electrode active material. There,
One or more compounds selected from a tungsten compound, a molybdenum compound, and a niobium compound are added to the alkaline electrolyte, and the mass of the metal element in 1 g of the alkaline electrolyte is 5 mg or more and 34 mg. An alkaline storage battery, wherein the alkaline electrolyte amount per unit positive electrode capacity of the alkaline storage battery is 2.4 g / Ah or more and 3.3 g / Ah or less.
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