JP6057369B2 - Nickel metal hydride secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、ニッケル水素二次電池に関する。 The present invention relates to a nickel metal hydride secondary battery.
ニッケル水素二次電池は、ニッケルカドミウム二次電池に比べて高容量で、且つ、環境安全性にも優れているという点から、各種のポータブル機器やハイブリッド電気自動車等、さまざまな用途に使用されるようになっている。 Nickel metal hydride secondary batteries are used in various applications such as various portable devices and hybrid electric vehicles because they have higher capacity and better environmental safety than nickel cadmium secondary batteries. It is like that.
このニッケル水素二次電池の負極に用いられる水素吸蔵合金は、水素を吸蔵放出可能な材料であり、ニッケル水素二次電池における重要な構成材料の一つである。このような水素吸蔵合金としては、例えば、CaCu5型の結晶を主相とする希土類−Ni系水素吸蔵合金であるLaNi5系水素吸蔵合金が一般的に使用されている。 The hydrogen storage alloy used for the negative electrode of this nickel metal hydride secondary battery is a material capable of occluding and releasing hydrogen, and is one of important constituent materials in the nickel metal hydride secondary battery. As such a hydrogen storage alloy, for example, a LaNi 5 type hydrogen storage alloy which is a rare earth-Ni type hydrogen storage alloy having a CaCu 5 type crystal as a main phase is generally used.
ところで、上記したようなさまざまな用途が見出されたことによりニッケル水素二次電池は、0℃〜−20℃のような低温環境下でも使用されることがある。しかしながら、従来のニッケル水素二次電池においては、上記したような低温環境下での放電容量が25℃程度の常温環境下での放電容量よりも大幅に低下するという不具合が生じる。この不具合の主な原因としては、低温環境下では水素吸蔵合金の表面の活性が低下して負極の反応抵抗が大幅に増加することが挙げられる。そこで、この不具合を解消するために、負極の反応抵抗の増加を抑制する対策が種々検討されている。このうち、良好な対策として水素吸蔵合金粒子の粒径をより小さくすることが行われている。この対策によれば、負極における反応点を増加させることができるので、この反応点の増加にともない電池反応を促進させることが可能となり低温環境下でも負極の反応抵抗の増加を抑制することができる。 By the way, the nickel hydride secondary battery may be used even in a low temperature environment such as 0 ° C. to −20 ° C. due to the discovery of various uses as described above. However, the conventional nickel metal hydride secondary battery has a problem that the discharge capacity under a low temperature environment as described above is significantly lower than the discharge capacity under a room temperature environment of about 25 ° C. The main cause of this defect is that the reaction resistance of the negative electrode is greatly increased due to a decrease in the surface activity of the hydrogen storage alloy in a low temperature environment. In order to solve this problem, various measures for suppressing an increase in the reaction resistance of the negative electrode have been studied. Among these, as a good countermeasure, the particle size of the hydrogen storage alloy particles is made smaller. According to this measure, since the reaction point in the negative electrode can be increased, the battery reaction can be promoted as the reaction point increases, and the increase in the reaction resistance of the negative electrode can be suppressed even in a low temperature environment. .
しかしながら、この場合、水素吸蔵合金粒子の粒径が小さくなったことにともない、水素吸蔵合金全体としての表面積が増加し、アルカリ電解液との接触面積が増えるので、アルカリ電解液と水素吸蔵合金とが反応することによる水素吸蔵合金の劣化が進行し易くなる。また、水素吸蔵合金は、電池の充放電反応により水素の吸蔵放出が繰り返されると合金が割れて微粉化していく。特に、LaNi5系水素吸蔵合金は微粉化し易い。そして、合金が割れて微粉化していくと、反応性が高い新生面が多数発生するので、反応点の増加が見込めるものの、電池内のアルカリ電解液とこの新生面とが反応することによって、水素吸蔵合金はより酸化されて劣化していくことになる。 However, in this case, as the particle size of the hydrogen storage alloy particles becomes smaller, the surface area of the entire hydrogen storage alloy increases, and the contact area with the alkaline electrolyte increases, so the alkaline electrolyte and the hydrogen storage alloy Degradation of the hydrogen storage alloy due to the reaction of proceeds easily. Further, when the hydrogen storage alloy is repeatedly stored and released with hydrogen due to the charge / discharge reaction of the battery, the alloy is cracked and pulverized. In particular, the LaNi 5 -based hydrogen storage alloy is easily pulverized. And when the alloy is cracked and pulverized, many new surfaces with high reactivity are generated, so although the reaction point can be expected to increase, the hydrogen electrolyte alloy reacts with the alkaline electrolyte in the battery and this new surface. Will be more oxidized and deteriorated.
ここで、アルカリ電解液と水素吸蔵合金とが反応すると、その反応にともない電解液が消費されて減少していく。そして、アルカリ電解液が減少するとセパレータのドライアウトにより、内部抵抗が増加するため、放電が困難となる。粒径が小さく、しかも微粉化し易い水素吸蔵合金を用いた電池は、電解液を消費し易く、充放電の繰り返し回数が比較的少ない段階で放電が困難となり、サイクル寿命が短くなる。 Here, when the alkaline electrolyte and the hydrogen storage alloy react, the electrolyte is consumed and decreased with the reaction. When the alkaline electrolyte decreases, the internal resistance increases due to the dry-out of the separator, making it difficult to discharge. A battery using a hydrogen storage alloy that has a small particle size and is easily pulverized easily consumes an electrolytic solution, and discharge becomes difficult at a stage where the number of charge / discharge cycles is relatively small, resulting in a short cycle life.
つまり、粒径が小さい水素吸蔵合金を用いると、低温放電特性は改善できるものの、サイクル寿命特性は低下してしまう。しかも、従来一般的に用いられている水素吸蔵合金は、微粉化し易いため、サイクル寿命特性はより低下し易い。 That is, when a hydrogen storage alloy having a small particle size is used, the low-temperature discharge characteristics can be improved, but the cycle life characteristics are deteriorated. In addition, since the hydrogen storage alloys that are generally used conventionally are easily pulverized, the cycle life characteristics are more likely to deteriorate.
そこで、最近は、低温放電特性とサイクル寿命特性の両立を図るべく、希土類−Ni系水素吸蔵合金の希土類元素の一部をMgで置換した組成を有する希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金を用いることが試みられている。この希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金は、従来の希土類−Ni系水素吸蔵合金に比べ、微粉化し難く、電池の長寿命化に適している。このような希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金としては、例えば、特許文献1に開示されているような水素吸蔵合金が挙げられる。 Therefore, recently, in order to achieve both low-temperature discharge characteristics and cycle life characteristics, a rare earth-Mg-Ni hydrogen storage alloy having a composition in which a part of the rare earth element of the rare earth-Ni system hydrogen storage alloy is replaced with Mg is used. It has been tried. This rare-earth-Mg-Ni-based hydrogen storage alloy is less likely to be pulverized than conventional rare-earth-Ni-based hydrogen storage alloys and is suitable for extending the life of the battery. Examples of such rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloys include hydrogen storage alloys as disclosed in Patent Document 1.
ところで、上記の希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金を負極材料に用いたニッケル水素二次電池は、水素吸蔵合金の微粉化に起因するサイクル寿命特性の低下はある程度抑制することは可能である。しかしながら、このようなニッケル水素二次電池であっても低温放電特性を向上させるべく水素吸蔵合金粒子を小径化させると、やはり、サイクル寿命特性は低下してしまうため、未だ十分なサイクル寿命特性を得ることはできていない。そこで、従来の電池程度のサイクル寿命特性を得るべく、希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金粒子の小径化を行わない対策も考えられる。しかしながら、それではニッケル水素二次電に対する低温放電特性の向上の要請には十分に応えることができない。つまり、従来のニッケル水素二次電池において、低温放電特性とサイクル寿命特性との間にはトレードオフの関係が存在する。 By the way, in the nickel metal hydride secondary battery using the rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy as a negative electrode material, it is possible to suppress a decrease in cycle life characteristics due to the pulverization of the hydrogen storage alloy to some extent. However, even in such a nickel metal hydride secondary battery, if the hydrogen storage alloy particles are reduced in size to improve the low temperature discharge characteristics, the cycle life characteristics are still deteriorated. I can't get it. Therefore, in order to obtain a cycle life characteristic comparable to that of a conventional battery, a measure for not reducing the diameter of the rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy particles can be considered. However, this cannot sufficiently meet the demand for improvement in low-temperature discharge characteristics with respect to nickel-hydrogen secondary electricity. That is, in a conventional nickel metal hydride secondary battery, there is a trade-off relationship between low-temperature discharge characteristics and cycle life characteristics.
本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、サイクル寿命特性を維持しつつ低温放電特性に優れるニッケル水素二次電池を提供することにある。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a nickel metal hydride secondary battery excellent in low temperature discharge characteristics while maintaining cycle life characteristics.
上記目的を達成するために、本発明者は、低温環境下における水素吸蔵合金の表面の活性化について鋭意検討した。本発明者は、この検討過程で、TeO2をアルカリ電解液への添加剤として採用した場合、このTeO2が低温環境下でも水素吸蔵合金の表面を活性化させるとの知見を得、かかる知見をもとにアルカリ電解液に添加剤としてTeO2を加えることが低温放電特性の向上に有効であることを見出した。一般的にアルカリ電解液に添加剤を加えると、アルカリ電解液の導電性が低下し、低温環境下での電池の放電特性が低下することが知られており、アルカリ電解液に添加剤を加えることは通常避けられている。しかしながら、本発明者は、上記した知見のもと、敢えてアルカリ電解液に添加剤を加えることで、電池の低温放電特性及びサイクル寿命特性の両立を図るべく本発明に想到した。 In order to achieve the above object, the present inventor has intensively studied the activation of the surface of the hydrogen storage alloy in a low temperature environment. The present inventor has, in this review process, in the case of adopting the TeO 2 as an additive to the alkaline electrolyte, the TeO 2 is obtained a finding of activating the surface of hydrogen-absorbing alloy even in a low temperature environment, such a finding Based on the above, it has been found that adding TeO 2 as an additive to the alkaline electrolyte is effective in improving the low-temperature discharge characteristics. In general, it is known that adding an additive to an alkaline electrolyte lowers the conductivity of the alkaline electrolyte and lowers the discharge characteristics of the battery in a low-temperature environment. That is usually avoided. However, the present inventor has arrived at the present invention to achieve both low-temperature discharge characteristics and cycle life characteristics of a battery by adding an additive to the alkaline electrolyte based on the above knowledge.
すなわち、本発明によれば、容器と、前記容器内にアルカリ電解液とともに密閉状態で収容された電極群とを備え、前記電極群は、セパレータを介して重ね合わされた正極及び負極からなり、前記負極は、AB2型サブユニット及びAB5型サブユニットが積層された結晶構造を有する希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金を含み、前記アルカリ電解液は、TeO2を含むことを特徴とするニッケル水素二次電池が提供される。 That is, according to the present invention, a container and an electrode group housed in an airtight state together with an alkaline electrolyte in the container, the electrode group is composed of a positive electrode and a negative electrode superimposed via a separator, The negative electrode includes a rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy having a crystal structure in which an AB 2 type subunit and an AB 5 type subunit are stacked, and the alkaline electrolyte includes TeO 2. A nickel metal hydride secondary battery is provided.
また、前記TeO2は、電池の容量(Ah)当たりの添加量が0.28×10-4g/Ah以上となるべく含まれている構成とすることが好ましい。 Further, the TeO 2 is preferably included so that the amount added per capacity (Ah) of the battery is 0.28 × 10 −4 g / Ah or more.
更に、前記水素吸蔵合金は、一般式:Ln1-xMgxNiy-aAla(ただし、式中、Lnは、Zr、Ti及び希土類元素から選ばれる少なくとも一つの元素、添字x、y、aは、それぞれ、0.05≦x≦0.30、2.8≦y≦3.8、0.05≦a≦0.30を示す)で表される組成を有している構成とすることが好ましい。 Furthermore, the hydrogen storage alloy has the general formula: Ln 1-x Mg x Ni ya Al a ( In the formula, Ln is Zr, Ti and at least one element selected from rare earth elements, the subscript x, y, a Each have a composition represented by 0.05 ≦ x ≦ 0.30, 2.8 ≦ y ≦ 3.8, and 0.05 ≦ a ≦ 0.30) Is preferred.
本発明のニッケル水素二次電池は、以下の効果を奏する。すなわち、アルカリ電解液にTeO2が含まれていることにより、0℃〜−20℃といった低温環境下においても水素吸蔵合金の表面を活性化させ、電池反応を促進することができるので、電池の低温放電特性を向上させることができる。つまり、TeO2によって電池反応が促進されるため、反応点を増加させるべく水素吸蔵合金粒子の粒径を小さくする必要がない。よって、従来の電池と同等のサイクル寿命特性を得ることができる粒径の水素吸蔵合金粒子と同程度の粒径の水素吸蔵合金粒子を採用することができる。しかも、負極に含まれる水素吸蔵合金は、AB2型サブユニット及びAB5型サブユニットが積層されたいわゆる超格子構造をなす結晶構造を有する希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金であるので、従来の希土類―Ni系合金に比べ微粉化し難い。これらのことから、本発明のニッケル水素二次電池は、サイクル寿命が十分維持され、且つ、低温放電特性が改善されたものとなる。 The nickel metal hydride secondary battery of the present invention has the following effects. That is, since TeO 2 is contained in the alkaline electrolyte, the surface of the hydrogen storage alloy can be activated even under a low temperature environment of 0 ° C. to −20 ° C., and the battery reaction can be promoted. Low temperature discharge characteristics can be improved. That is, since the cell reaction is promoted by the TeO 2, it is not necessary to reduce the particle size of the hydrogen storage alloy particles in order to increase the reaction point. Therefore, it is possible to employ hydrogen storage alloy particles having a particle size comparable to that of the hydrogen storage alloy particles having a particle size capable of obtaining cycle life characteristics equivalent to those of conventional batteries. Moreover, the hydrogen storage alloy included in the negative electrode is a rare earth-Mg—Ni based hydrogen storage alloy having a crystal structure having a so-called superlattice structure in which AB 2 type subunits and AB 5 type subunits are laminated. Compared to conventional rare earth-Ni alloys, it is difficult to pulverize. From these facts, the nickel metal hydride secondary battery of the present invention has a sufficient cycle life and improved low-temperature discharge characteristics.
以下、本発明に係るニッケル水素二次電池(以下、単に電池と称する)2を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a nickel-hydrogen secondary battery (hereinafter simply referred to as a battery) 2 according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明が適用される電池2としては特に限定されないが、例えば、図1に示すAAサイズの円筒型の電池2に本発明を適用した場合を例に説明する。
The
図1に示すように、電池2は、上端が開口した有底円筒形状をなす外装缶10を備えている。外装缶10は導電性を有し、その底壁35は負極端子として機能する。外装缶10の開口内には、導電性を有する円板形状の蓋板14及びこの蓋板14を囲むリング形状の絶縁パッキン12が配置され、絶縁パッキン12は外装缶10の開口縁37をかしめ加工することにより外装缶10の開口縁37に固定されている。即ち、蓋板14及び絶縁パッキン12は互いに協働して外装缶10の開口を気密に閉塞している。
As shown in FIG. 1, the
ここで、蓋板14は中央に中央貫通孔16を有し、そして、蓋板14の外面上には中央貫通孔16を塞ぐゴム製の弁体18が配置されている。更に、蓋板14の外面上には、弁体18を覆うようにしてフランジ付き円筒形状の正極端子20が固定され、正極端子20は弁体18を蓋板14に向けて押圧している。なお、この正極端子20には、図示しないガス抜き孔が開口されている。
Here, the
通常時、中央貫通孔16は弁体18によって気密に閉じられている。一方、外装缶10内にガスが発生し、その内圧が高まれば、弁体18は内圧によって圧縮され、中央貫通孔16を開き、この結果、外装缶10内から中央貫通孔16及び正極端子20のガス抜き孔を介して外部にガスが放出される。つまり、中央貫通孔16、弁体18及び正極端子20は電池のための安全弁を形成している。
Normally, the central through
外装缶10には、電極群22が収容されている。この電極群22は、それぞれ帯状の正極24、負極26及びセパレータ28からなり、これらは正極24と負極26との間にセパレータ28が挟み込まれた状態で渦巻状に巻回されている。即ち、セパレータ28を介して正極24及び負極26が重ね合わされている。電極群22の最外周は負極26の一部(最外周部)により形成され、外装缶10の内周壁と接触している。即ち、負極26と外装缶10とは互いに電気的に接続されている。
An
そして、外装缶10内には、電極群22の一端と蓋板14との間に正極リード30が配置されている。詳しくは、正極リード30は、その一端が正極24の内端に接続され、その他端が蓋板14に接続されている。従って、正極端子20と正極24とは、正極リード30及び蓋板14を介して互いに電気的に接続されている。なお、蓋板14と電極群22との間には円形の絶縁部材32が配置され、正極リード30は絶縁部材32に設けられたスリット39を通して延びている。また、電極群22と外装缶10の底部との間にも円形の絶縁部材34が配置されている。
In the outer can 10, a
更に、外装缶10内には、所定量のアルカリ電解液(図示せず)が注入されている。このアルカリ電解液は、電極群22に含浸され、正極24と負極26との間での充放電反応を進行させる。このアルカリ電解液には、TeO2が添加されている。詳しくは、NaOHを溶質の主体として含むアルカリ電解液が準備され、このアルカリ電解液にTeO2が添加される。このとき、TeO2は、電池の容量(Ah)当たり0.28×10-4g/Ah以上となるように添加することが好ましい。それによって電池の低温放電特性をより良好なものにすることができる。また、TeO2は、より多く添加することにより電池の低温放電特性は改善される。しかし、TeO2の添加量が2.8×10-4g/Ahを超えると、アルカリ電解液の導電性が阻害され始める可能性がある。よって、TeO2の添加量は2.8×10-4g/Ah以下とすることが好ましい。
Further, a predetermined amount of alkaline electrolyte (not shown) is injected into the outer can 10. The alkaline electrolyte is impregnated in the
ここで、本発明のアルカリ電解液としては、NaOHが溶質の主体として含まれているものが用いられ、具体的には、水酸化ナトリウム水溶液が用いられる。そして、この水酸化ナトリウム水溶液にTeO2が添加される。なお、アルカリ電解液の溶質には、この他、KOH及びLiOHのうちの少なくとも一方を含んでいる態様としてもよい。ここで、アルカリ電解液の溶質としてKOHやLiOHも含む場合、NaOHの量は、これらKOHやLiOHの量よりも多くする。このようなNaOHを主体とするアルカリ電解液を用いた電池は、優れた自己放電特性を発揮する。 Here, as the alkaline electrolyte of the present invention, an alkaline electrolyte containing NaOH as a main solute is used, and specifically, an aqueous sodium hydroxide solution is used. Then, TeO 2 is added to this aqueous sodium hydroxide solution. In addition, the solute of the alkaline electrolyte may include at least one of KOH and LiOH. Here, when KOH and LiOH are also included as the solute of the alkaline electrolyte, the amount of NaOH is larger than the amount of these KOH and LiOH. A battery using such an alkaline electrolyte mainly composed of NaOH exhibits excellent self-discharge characteristics.
セパレータ28の材料としては、例えば、ポリアミド繊維製不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したものを用いることができる。具体的には、スルホン化処理が施されてスルホン基が付与されたポリオレフィン繊維を主体とする不織布を用いることが好ましい。ここで、スルホン基は、硫酸又は発煙硫酸等の硫酸基を含む酸を用いて不織布を処理することにより付与される。このようなスルホン基を有する繊維を含むセパレータを用いた電池は、優れた自己放電特性を発揮する。
As a material of the
正極24は、多孔質構造を有する導電性の正極集電体と、この正極集電体の空孔内に保持された正極合剤とからなる。
The
このような正極集電体としては、例えば、ニッケルめっきが施された網状、スポンジ状若しくは繊維状の金属体、あるいは、発泡ニッケル(ニッケルフォーム)を用いることができる。 As such a positive electrode current collector, for example, a nickel-plated net-like, sponge-like or fibrous metal body, or foamed nickel (nickel foam) can be used.
正極合剤は、正極活物質粒子、導電材、正極添加材及び結着剤を含む。この結着剤は、正極活物質粒子、導電材及び正極添加材を結着させると同時に正極合剤を正極集電体に結着させる働きをなす。ここで、結着剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)ディスパージョン、HPC(ヒドロキシプロピルセルロース)ディスパージョンなどを用いることができる。 The positive electrode mixture includes positive electrode active material particles, a conductive material, a positive electrode additive, and a binder. This binder serves to bind the positive electrode active material particles, the conductive material, and the positive electrode additive, and at the same time, bind the positive electrode mixture to the positive electrode current collector. Here, as the binder, for example, carboxymethylcellulose, methylcellulose, PTFE (polytetrafluoroethylene) dispersion, HPC (hydroxypropylcellulose) dispersion, and the like can be used.
正極活物質粒子は、水酸化ニッケル粒子又は高次水酸化ニッケル粒子である。なお、これら水酸化ニッケル粒子には、亜鉛、マグネシウム及びコバルトのうちの少なくとも一種を固溶させることが好ましい。 The positive electrode active material particles are nickel hydroxide particles or higher order nickel hydroxide particles. In addition, it is preferable to dissolve at least one of zinc, magnesium, and cobalt in these nickel hydroxide particles.
導電材としては、例えば、コバルト酸化物(CoO)やコバルト水酸化物(Co(OH)2)などのコバルト化合物及びコバルト(Co)から選択された1種又は2種以上を用いることができる。この導電材は、必要に応じて正極合剤に添加されるものであり、添加される形態としては、粉末の形態のほか、正極活物質の表面を覆う被覆の形態で正極合剤に含まれていてもよい。 As the conductive material, for example, one or more selected from cobalt compounds such as cobalt oxide (CoO) and cobalt hydroxide (Co (OH) 2 ) and cobalt (Co) can be used. This conductive material is added to the positive electrode mixture as necessary, and is added to the positive electrode mixture in the form of a powder and a coating covering the surface of the positive electrode active material. It may be.
正極添加材は、正極の特性を改善するために添加されるものであり、例えば、酸化イットリウム、酸化亜鉛等を用いることができる。 The positive electrode additive is added to improve the characteristics of the positive electrode. For example, yttrium oxide, zinc oxide, or the like can be used.
正極活物質粒子は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、硫酸ニッケルの水溶液を調製する。この硫酸ニッケル水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を徐々に添加して反応させることにより水酸化ニッケル粒子を析出させる。ここで、水酸化ニッケル粒子に亜鉛、マグネシウム及びコバルトを固溶させる場合は、所定組成となるよう硫酸ニッケル、硫酸亜鉛、硫酸マグネシウム及び硫酸コバルトを秤量し、これらの混合水溶液を調製する。得られた混合水溶液を攪拌しながら、この混合水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を徐々に添加して反応させることにより水酸化ニッケルを主体とし、亜鉛、マグネシウム及びコバルトを固溶した正極活物質粒子を析出させる。
The positive electrode active material particles can be produced, for example, as follows.
First, an aqueous solution of nickel sulfate is prepared. Nickel hydroxide particles are precipitated by gradually adding a sodium hydroxide aqueous solution to the nickel sulfate aqueous solution for reaction. Here, when zinc, magnesium and cobalt are dissolved in nickel hydroxide particles, nickel sulfate, zinc sulfate, magnesium sulfate and cobalt sulfate are weighed so as to have a predetermined composition, and a mixed aqueous solution thereof is prepared. While stirring the resulting mixed aqueous solution, a sodium hydroxide aqueous solution is gradually added to the mixed aqueous solution to cause the reaction, thereby precipitating positive electrode active material particles mainly composed of nickel hydroxide and containing zinc, magnesium and cobalt as solid solutions. Let
正極24は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、上記したようにして得られた正極活物質粒子からなる正極活物質粉末、導電材、正極添加材、水及び結着剤を含む正極合剤ペーストを調製する。得られた正極合剤ペーストは、例えば発泡ニッケル(ニッケルフォーム)に充填され、乾燥させられる。乾燥後、水酸化ニッケル粒子等が充填された発泡ニッケル(ニッケルフォーム)は、ロール圧延されてから裁断される。これにより、正極合剤を担持した正極24が作製される。
The
First, a positive electrode mixture paste including a positive electrode active material powder made of the positive electrode active material particles obtained as described above, a conductive material, a positive electrode additive, water, and a binder is prepared. The obtained positive electrode mixture paste is filled in, for example, foamed nickel (nickel foam) and dried. After drying, foamed nickel (nickel foam) filled with nickel hydroxide particles or the like is roll-rolled and then cut. Thereby, the
次に、負極26について説明する。
負極26は、帯状をなす導電性の負極基板(芯体)を有し、この負極基板に負極合剤が保持されている。
負極基板は、貫通孔が分布されたシート状の金属材からなり、例えば、パンチングメタルシートや、金属粉末を型成形して焼結した焼結基板を用いることができる。負極合剤は、負極基板の貫通孔内に充填されるばかりでなく、負極基板の両面上にも層状にして保持されている。
Next, the
The
The negative electrode substrate is made of a sheet-like metal material in which through holes are distributed. For example, a punched metal sheet or a sintered substrate obtained by molding and sintering metal powder can be used. The negative electrode mixture is not only filled in the through holes of the negative electrode substrate, but also held in layers on both surfaces of the negative electrode substrate.
負極合剤は、負極活物質としての水素を吸蔵及び放出可能な水素吸蔵合金粒子、導電材及び結着剤を含む。この結着剤は水素吸蔵合金粒子及び導電材を互いに結着させると同時に負極合剤を負極基板に結着させる働きをなす。ここで、結着剤としては親水性若しくは疎水性のポリマー等を用いることができ、導電材としては、カーボンブラックや黒鉛を用いることができる。 The negative electrode mixture includes hydrogen storage alloy particles capable of occluding and releasing hydrogen as a negative electrode active material, a conductive material, and a binder. This binder serves to bind the hydrogen storage alloy particles and the conductive material to each other and at the same time bind the negative electrode mixture to the negative electrode substrate. Here, a hydrophilic or hydrophobic polymer or the like can be used as the binder, and carbon black or graphite can be used as the conductive material.
水素吸蔵合金粒子における水素吸蔵合金としては、希土類元素、Mg、Niを含む希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金が用いられる。この希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金は、詳しくは、AB2型サブユニット及びAB5型サブユニットが積層されたAB3相、A2B7相またはA5B19相を主相とする結晶構造、つまり、超格子構造をなしている。AB2型サブユニット及びAB5型サブユニットが積層されたいわゆる超格子構造をなす希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金は、従来の希土類―Ni系合金に比べ水素の吸蔵放出にともなう水素吸蔵合金の割れを抑えることができる性質を備えているので、微粉化が抑制される。このため、かかる水素吸蔵合金においては、反応性の高い新生面が発生し難くなり、電解液による水素吸蔵合金の腐食反応を抑制することができる。その結果、腐食反応に伴う電解液の消費を低減し、ドライアウト現象の発生を抑制でき、得られる電池2のサイクル寿命特性の向上に貢献する。
As the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy particles, a rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy containing rare earth elements, Mg and Ni is used. Specifically, the rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy mainly has an AB 3 phase, an A 2 B 7 phase, or an A 5 B 19 phase in which an AB 2 type subunit and an AB 5 type subunit are laminated. It has a crystal structure, that is, a superlattice structure. Rare-earth-Mg-Ni-based hydrogen storage alloys having a so-called superlattice structure in which AB 2 type subunits and AB 5 type subunits are laminated are compared with conventional rare earth-Ni-based alloys in storing and releasing hydrogen. Since it has the property of suppressing cracking of the alloy, pulverization is suppressed. For this reason, in such a hydrogen storage alloy, a highly reactive new surface is hardly generated, and the corrosion reaction of the hydrogen storage alloy by the electrolyte can be suppressed. As a result, consumption of the electrolytic solution accompanying the corrosion reaction can be reduced, the occurrence of the dry-out phenomenon can be suppressed, and the cycle life characteristics of the
また、上記したような超格子構造をなす希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金は、AB5型合金の特徴である水素の吸蔵放出が安定しているという長所と、AB2型合金の特徴である水素の吸蔵量が大きいという長所とを併せ持っている。このため、本発明に係る水素吸蔵合金は、水素吸蔵能力に優れるので、得られる電池2の高容量化にも貢献する。
Further, the rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy having the superlattice structure as described above has the advantage of stable hydrogen storage and release, which is a feature of the AB 5 type alloy, and a feature of the AB 2 type alloy. It also has the advantage of a large hydrogen storage capacity. For this reason, since the hydrogen storage alloy which concerns on this invention is excellent in hydrogen storage capability, it contributes also to the high capacity | capacitance of the
ここで、AB2型サブユニット及びAB5型サブユニットが積層されたAB3相、A2B7相またはA5B19相を主相とする結晶構造の本発明に係る希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金は、その組成を以下に示す一般式(I)で表されるものとすることにより形成することができる。
Ln1-xMgxNiy-aAla・・・(I)
ただし、一般式(I)中、Lnは、Zr、Ti及び希土類元素から選ばれる少なくとも一つの元素を示し、添字x、y、aは、それぞれ、0.05≦x≦0.30、2.8≦y≦3.8、0.05≦a≦0.30である条件を満たすことを要する。なお、上記した希土類元素は、具体的に、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luを示す。
Here, the rare earth-Mg-Ni according to the present invention having a crystal structure mainly composed of AB 3 phase, A 2 B 7 phase or A 5 B 19 phase in which AB 2 type subunit and AB 5 type subunit are laminated. The system hydrogen storage alloy can be formed by having the composition represented by the following general formula (I).
Ln 1-x Mg x Ni ya Al a (I)
However, in the general formula (I), Ln represents at least one element selected from Zr, Ti, and rare earth elements, and the subscripts x, y, and a are 0.05 ≦ x ≦ 0.30, 2. It is necessary to satisfy the conditions of 8 ≦ y ≦ 3.8 and 0.05 ≦ a ≦ 0.30. In addition, the above-mentioned rare earth elements specifically indicate Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.
次に、上記した水素吸蔵合金粒子は、例えば、以下のようにして得られる。
まず、所定の組成となるよう金属原材料を秤量して混合し、この混合物を例えば誘導溶解炉で溶解した後、冷却してインゴットにする。得られたインゴットに、900〜1200℃の不活性ガス雰囲気下にて5〜24時間加熱する熱処理を施す。この後、室温まで冷却したインゴットを粉砕し、篩分けにより所望粒径に分級することにより、水素吸蔵合金粒子が得られる。
Next, the hydrogen storage alloy particles described above are obtained, for example, as follows.
First, metal raw materials are weighed and mixed so as to have a predetermined composition, and this mixture is melted in an induction melting furnace, for example, and then cooled to an ingot. The obtained ingot is subjected to heat treatment by heating for 5 to 24 hours in an inert gas atmosphere at 900 to 1200 ° C. Thereafter, the ingot cooled to room temperature is pulverized and classified to a desired particle size by sieving to obtain hydrogen storage alloy particles.
また、負極26は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、水素吸蔵合金粒子からなる水素吸蔵合金粉末、導電材、結着剤及び水を混練して負極合剤ペーストを調製する。得られた負極合剤ペーストは負極基板に塗着され、乾燥させられる。乾燥後、水素吸蔵合金粒子等が付着した負極基板はロール圧延及び裁断が施され、これにより負極26が作製される。
Moreover, the
First, a negative electrode mixture paste is prepared by kneading a hydrogen storage alloy powder composed of hydrogen storage alloy particles, a conductive material, a binder and water. The obtained negative electrode mixture paste is applied to the negative electrode substrate and dried. After drying, the negative electrode substrate to which the hydrogen storage alloy particles and the like are attached is subjected to roll rolling and cutting, whereby the
以上のようにして作製された正極24及び負極26は、セパレータ28を介在させた状態で、渦巻き状に巻回され、電極群22に形成される。
The
このようにして得られた電極群22は、外装缶10内に収容される。引き続き、当該外装缶10内にはTeO 2 を含むアルカリ電解液が所定量注入される。その後、電極群22及びアルカリ電解液を収容した外装缶10は、正極端子20を備えた蓋板14により封口され、本発明に係る電池2が得られる。
The
本発明の電池2は、上記した各構成要素の組合せの相乗効果により、サイクル寿命特性を維持し、且つ、従来よりも低温放電特性に優れた電池となっている。詳しくは、本発明の電池2は、負極に希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金を採用し、アルカリ電解液にTeO2を加えることで、電池のサイクル寿命特性を維持しつつ、低温放電特性の向上を可能としている。より詳しくは、まず、TeO 2 が低温環境下でも水素吸蔵合金の表面を活性な状態にすることができるため、電池の低温放電特性改善効果を発揮する。そして、希土類−Mg−Ni系合金は従来のAB 5 系水素吸蔵合金と比較して、初期の活性度が高く、微粉化しにくいため、TeO 2 の低温放電特性改善効果をより大きくする。これにより水素吸蔵合金の表面積を増加させることなく負極の反応抵抗の増加を抑制することが可能となり、得られるニッケル水素二次電池に対し、サイクル寿命特性を維持し、且つ、低温放電特性を改善することができる。
The
1.電池の製造
(実施例1)
1. Production of battery (Example 1)
(1)水素吸蔵合金及び負極の作製
先ず、20質量%のランタン、39.5質量%のプラセオジム、39.5質量%のネオジム、0.01質量%のジルコニウムを含む第1混合物を調製した。得られた第1混合物、マグネシウム、ニッケル、アルミニウムを秤量して、これらがモル比で0.83:0.17:3.10:0.20の割合となる第2混合物を調製した。得られた第2混合物は、誘導溶解炉で溶解され、インゴットとされた。次いで、このインゴットに対し、温度1000℃のアルゴンガス雰囲気下にて10時間加熱する熱処理を施し、その組成が(La0.20Pr0.395Nd0.395Zr0.01)0.83Mg0.17Ni3.10Al0.20となる水素吸蔵合金のインゴットを得た。この後、このインゴットをアルゴンガス雰囲気中で機械的に粉砕して篩分けし、400メッシュ〜200メッシュの間に残る水素吸蔵合金粒子からなる粉末を選別した。得られた水素吸蔵合金の粒子の粒径を測定した結果、かかる水素吸蔵合金粒子の平均粒径は65μmであった。
(1) Production of hydrogen storage alloy and negative electrode First, a first mixture containing 20% by mass of lanthanum, 39.5% by mass of praseodymium, 39.5% by mass of neodymium, and 0.01% by mass of zirconium was prepared. The obtained first mixture, magnesium, nickel, and aluminum were weighed to prepare a second mixture having a molar ratio of 0.83: 0.17: 3.10: 0.20. The obtained second mixture was melted in an induction melting furnace and made into an ingot. Next, the ingot was subjected to a heat treatment for 10 hours in an argon gas atmosphere at a temperature of 1000 ° C., and a hydrogen storage alloy whose composition was (La 0.20 Pr 0.395 Nd 0.395 Zr 0.01 ) 0.83 Mg 0.17 Ni 3.10 Al 0.20 Got the ingot. Thereafter, the ingot was mechanically pulverized in an argon gas atmosphere and sieved to select a powder composed of hydrogen storage alloy particles remaining between 400 mesh and 200 mesh. As a result of measuring the particle diameter of the obtained hydrogen storage alloy particles, the average particle diameter of the hydrogen storage alloy particles was 65 μm.
得られた水素吸蔵合金の粉末100質量部に対し、ポリアクリル酸ナトリウム0.4質量部、カルボキシメチルセルロース0.1質量部、スチレンブタジエンゴム(SBR)のディスバージョン(固形分50重量%)1.0質量部(固形分換算)、カーボンブラック1.0質量部、および水30質量部を添加して混練し、負極合剤のペーストを調製した。 Dispersion of sodium acrylate 0.4 parts by mass, carboxymethyl cellulose 0.1 parts by mass, styrene butadiene rubber (SBR) (solid content 50% by weight) with respect to 100 parts by mass of the obtained hydrogen storage alloy powder. 0 parts by mass (in terms of solid content), 1.0 part by mass of carbon black, and 30 parts by mass of water were added and kneaded to prepare a paste of a negative electrode mixture.
この負極合剤のペーストを負極基板としての鉄製の孔あき板の両面に均等、且つ、厚さが一定となるように塗布した。なお、この孔あき板は60μmの厚みを有し、その表面にはニッケルめっきが施されている。 The paste of the negative electrode mixture was applied to both sides of an iron perforated plate as a negative electrode substrate so that the thickness was uniform and constant. This perforated plate has a thickness of 60 μm, and its surface is plated with nickel.
ペーストの乾燥後、水素吸蔵合金の粉末が付着した孔あき板を更にロール圧延して体積当たりの合金量を高めた後、裁断し、希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金を含むAAサイズ用の負極26を作成した。
After drying the paste, the perforated plate to which the hydrogen storage alloy powder is adhered is further rolled to increase the amount of alloy per volume, and then cut and cut for AA size containing rare earth-Mg-Ni based hydrogen storage alloy. A
(2)正極の作製
ニッケルに対して亜鉛3質量%、マグネシウム0.4質量%、コバルト1質量%となるように、硫酸ニッケル、硫酸亜鉛、硫酸マグネシウム及び硫酸コバルトを秤量し、これらを、アンモニウムイオンを含む1N(規定度)の水酸化ナトリウム水溶液に加え、混合水溶液を調整した。得られた混合水溶液を攪拌しながら、この混合水溶液に10N(規定度)の水酸化ナトリウム水溶液を徐々に添加して反応させ、ここでの反応中、pHを13〜14に安定させて、水酸化ニッケルを主体とし、亜鉛、マグネシウム及びコバルトを固溶した水酸化ニッケル粒子を生成させた。
(2) Preparation of positive electrode Nickel sulfate, zinc sulfate, magnesium sulfate and cobalt sulfate were weighed so as to be 3% by mass of zinc, 0.4% by mass of magnesium and 1% by mass of cobalt with respect to nickel. In addition to a 1N (normality) aqueous sodium hydroxide solution containing ions, a mixed aqueous solution was prepared. While stirring the obtained mixed aqueous solution, a 10N (normality) aqueous sodium hydroxide solution was gradually added to the mixed aqueous solution to cause a reaction. During the reaction, the pH was stabilized at 13 to 14 and water was added. Nickel hydroxide particles mainly composed of nickel oxide and solid-dissolved in zinc, magnesium and cobalt were produced.
得られた水酸化ニッケル粒子を10倍の量の純水で3回洗浄した後、脱水、乾燥した。なお、得られた水酸化ニッケル粒子は、平均粒径が10μmの球状をなしている。 The obtained nickel hydroxide particles were washed three times with 10 times the amount of pure water, then dehydrated and dried. The obtained nickel hydroxide particles have a spherical shape with an average particle diameter of 10 μm.
次に、上記したように作製した水酸化ニッケル粒子からなる正極活物質粉末100質量部に、水酸化コバルトの粉末10質量部を混合し、更に、0.5質量部の酸化イットリウム、0.3質量部の酸化亜鉛、40質量部のHPCディスバージョン液を混合して正極合剤ペーストを調製し、この正極合剤ペーストを正極集電体としてのシート状の発泡ニッケル(ニッケルフォーム)に塗着・充填した。正極合剤が付着した発泡ニッケルを乾燥後、ロール圧延した。圧延加工された正極合剤が付着した発泡ニッケルは、所定形状に裁断され、AAサイズ用の正極24に形成された。この正極24は、正極容量が2000mAhとなるように正極合剤を担持している。
Next, 10 parts by mass of cobalt hydroxide powder was mixed with 100 parts by mass of the positive electrode active material powder made of nickel hydroxide particles produced as described above, and further 0.5 parts by mass of yttrium oxide, 0.3 parts by mass. A positive electrode mixture paste is prepared by mixing 40 parts by mass of zinc oxide and 40 parts by mass of HPC dispersion liquid, and this positive electrode mixture paste is applied to sheet-like foamed nickel (nickel foam) as a positive electrode current collector. -Filled. The foamed nickel to which the positive electrode mixture was adhered was dried and then rolled. The foamed nickel to which the positive electrode mixture that had been rolled was adhered was cut into a predetermined shape and formed on the
(3)ニッケル水素二次電池の組み立て
得られた正極24及び負極26をこれらの間にセパレータ28を挟んだ状態で渦巻状に巻回し、電極群22を作製した。ここでの電極群22の作製に使用したセパレータ28はスルホン化処理が施されたポリプロピレン繊維製不織布から成り、その厚みは0.1mm(目付量53g/m2)であった。
(3) Assembly of Nickel Metal Hydride Battery The obtained
一方、NaOH、LiOH及びKOHを含む水溶液からなるアルカリ電解液を準備した。ここで、NaOHの濃度は7.0N(規定度)、LiOHの濃度は0.8N(規定度)、KOHの濃度は0.02N(規定度)とした。そして、このアルカリ電解液1リットルに対し、0.3gとなるようにTeO2を添加した(TeO2添加濃度:0.3g/l)。 On the other hand, an alkaline electrolyte composed of an aqueous solution containing NaOH, LiOH and KOH was prepared. Here, the concentration of NaOH was 7.0 N (normality), the concentration of LiOH was 0.8 N (normality), and the concentration of KOH was 0.02 N (normality). Then, to this alkaline electrolyte solution 1 liter was added TeO 2 so that 0.3 g (TeO 2 addition concentration: 0.3g / l).
次いで、有底円筒形状の外装缶10内に上記した電極群22を収納するとともに、TeO2が添加されたアルカリ電解液を所定量注液した。この後、蓋板14等で外装缶10の開口を塞ぎ、公称容量が2000mAhのAAサイズのニッケル水素二次電池2を組み立てた。このニッケル水素二次電池を電池aと称する。
Next, the
(4)初期活性化処理
電池aに対し、温度25℃の環境下にて、200mA(0.1It)の充電電流で16時間の充電を行った後に、400mA(0.2It)の放電電流で電池電圧が0.5Vになるまで放電させる初期活性化処理を2回繰り返した。このようにして、電池aを使用可能状態とした。
(4) Initial activation treatment After charging the battery a for 16 hours with a charging current of 200 mA (0.1 It) in an environment of a temperature of 25 ° C., a discharging current of 400 mA (0.2 It) The initial activation process for discharging until the battery voltage reached 0.5 V was repeated twice. In this way, the battery a was made usable.
(実施例2)
アルカリ電解液1リットルに対し、3.0gとなるようにTeO2を添加した(TeO2添加濃度:3.0g/l)こと以外は、実施例1の電池aと同様にしてニッケル水素二次電池(電池b)を作製した。そして、実施例1と同様に初期活性化処理を施して電池bを使用可能状態とした。
(Example 2)
Secondary nickel hydride as in battery a of Example 1, except that TeO 2 was added to 3.0 g per 1 liter of alkaline electrolyte (TeO 2 addition concentration: 3.0 g / l). A battery (battery b) was produced. Then, as in Example 1, the initial activation process was performed to make the battery b usable.
(比較例1)
TeO2が添加されていないアルカリ電解液を使用したこと以外は、実施例1の電池aと同様にしてニッケル水素二次電池(電池c)を作製した。そして、実施例1と同様に初期活性化処理を施して電池cを使用可能状態とした。
(Comparative Example 1)
A nickel metal hydride secondary battery (battery c) was produced in the same manner as the battery a of Example 1 except that an alkaline electrolyte without addition of TeO 2 was used. Then, in the same manner as in Example 1, the initial activation process was performed to make the battery c usable.
2.ニッケル水素二次電池の評価
(1)単位容量当たりのTeO2含有量
初期活性化処理済みの電池a〜電池cに対し、温度25℃の環境下にて、200mA(0.1It)の充電電流で16時間の充電を行った後に、400mA(0.2It)の放電電流で電池電圧が1.0Vになるまで放電させたときの電池の放電容量を測定した。この放電容量から、1Ah当たりのTeO2含有量を算出し、その結果を表1に示した。
2. Evaluation of nickel-hydrogen secondary battery (1) TeO 2 content per unit capacity Charging current of 200 mA (0.1 It) in an environment at a temperature of 25 ° C. with respect to batteries a to c after initial activation treatment After charging for 16 hours, the discharge capacity of the battery was measured when it was discharged at a discharge current of 400 mA (0.2 It) until the battery voltage reached 1.0 V. The TeO 2 content per 1 Ah was calculated from this discharge capacity, and the results are shown in Table 1.
(2)放電特性
(i)25℃放電容量
初期活性化処理済みの電池a〜電池cに対し、25℃の環境下にて、2000mA(1.0It)の充電電流で電池電圧が最大値に達した後、10mV低下するまで充電するいわゆる−ΔV制御での充電(以下、単に−ΔV充電という)を行い、その後、25℃の環境下にて3時間放置した。その後、25℃の環境下で2000mA(1.0It)の放電電流で放電終止電圧が1.0Vになるまで放電させたときの電池の放電容量を測定した。このときの放電容量を25℃放電容量とする。また、このときの作動電圧も測定した。
(2) Discharge characteristics (i) 25 ° C. discharge capacity The battery voltage reaches the maximum value with a charging current of 2000 mA (1.0 It) in an environment of 25 ° C. with respect to the batteries a to c which have been initially activated. After reaching, the battery was charged by so-called -ΔV control (hereinafter, simply referred to as -ΔV charge), which was charged until the voltage decreased by 10 mV, and then left for 3 hours in an environment of 25 ° C. Thereafter, the discharge capacity of the battery was measured when discharged at a discharge current of 2000 mA (1.0 It) at 25 ° C. until the final discharge voltage reached 1.0 V. The discharge capacity at this time is defined as a 25 ° C. discharge capacity. The operating voltage at this time was also measured.
(ii)−10℃放電容量
初期活性化処理済みの電池a〜電池cに対し、25℃の環境下にて、2000mA(1.0It)の充電電流で−ΔV充電を行った。その後、−10℃の環境下にて3時間放置したのち、−10℃の環境下にて2000mA(1.0It)の放電電流で放電終止電圧が1.0Vになるまで放電させたときの電池の放電容量を測定した。このときの放電容量を−10℃放電容量とする。また、このときの作動電圧も測定した。
(Ii) −10 ° C. Discharge Capacity The batteries a to c subjected to the initial activation treatment were subjected to −ΔV charging at a charging current of 2000 mA (1.0 It) in an environment of 25 ° C. Thereafter, the battery is left to stand for 3 hours in an environment of −10 ° C., and then discharged in an environment of −10 ° C. with a discharge current of 2000 mA (1.0 It) until the final discharge voltage reaches 1.0V. The discharge capacity of was measured. The discharge capacity at this time is set to −10 ° C. discharge capacity. The operating voltage at this time was also measured.
(iii)−20℃放電容量
初期活性化処理済みの電池a〜電池cに対し、25℃の環境下にて、2000mA(1.0It)の充電電流で−ΔV充電を行った。その後、−20℃の環境下にて3時間放置したのち、−20℃の環境下にて2000mA(1.0It)の放電電流で放電終止電圧が1.0Vになるまで放電させたときの電池の放電容量を測定した。このときの放電容量を−20℃放電容量とする。また、このときの作動電圧も測定した。
(Iii) −20 ° C. discharge capacity The batteries a to c subjected to the initial activation treatment were subjected to −ΔV charging at a charging current of 2000 mA (1.0 It) in an environment of 25 ° C. Thereafter, the battery is left for 3 hours in an environment at -20 ° C, and then discharged at a discharge current of 2000 mA (1.0 It) in an environment at -20 ° C until the final discharge voltage becomes 1.0V. The discharge capacity of was measured. The discharge capacity at this time is set to −20 ° C. discharge capacity. The operating voltage at this time was also measured.
以上のようにして求めた25℃放電容量、−10℃放電容量、−20℃放電容量の各値につき、25℃放電容量の値を基準値として比率を求めた。そして、各温度における比率を百分率で表したものを放電容量比として表2に示した。また、各温度環境下での作動電圧についても併せて表2に示した。 For each value of the 25 ° C. discharge capacity, −10 ° C. discharge capacity, and −20 ° C. discharge capacity determined as described above, the ratio was determined using the value of the 25 ° C. discharge capacity as a reference value. Table 2 shows the discharge capacity ratio with the ratio at each temperature expressed as a percentage. Table 2 also shows the operating voltage under each temperature environment.
ここで、−10℃及び−20℃における放電容量比の値が100%に近いほど低温環境下での放電容量の低下の度合いが少なく、低温放電特性に優れていることを示す。 Here, as the value of the discharge capacity ratio at −10 ° C. and −20 ° C. is closer to 100%, the degree of decrease in the discharge capacity under a low temperature environment is less and the low temperature discharge characteristics are better.
(2)サイクル寿命特性
(i)初期容量の測定
初期活性化処理済みの電池a〜電池cに対し、25℃の環境下にて、2000mA(1.0It)の充電電流で−ΔV充電を行った。その後、−10℃の環境下にて3時間放置したのち、−10℃の環境下にて2000mA(1.0It)の放電電流で放電終止電圧が1.0Vになるまで放電させたときの電池の放電容量を測定した。このときの放電容量を初期容量とする。
(2) Cycle life characteristics (i) Initial capacity measurement The batteries a to c that have been subjected to initial activation treatment are charged at a current of 2000 mA (1.0 It) with a charging current of −ΔV in an environment of 25 ° C. It was. Thereafter, the battery is left to stand for 3 hours in an environment of −10 ° C., and then discharged in an environment of −10 ° C. with a discharge current of 2000 mA (1.0 It) until the final discharge voltage reaches 1.0V. The discharge capacity of was measured. The discharge capacity at this time is defined as the initial capacity.
(ii)サイクル試験
初期活性化処理済みの電池a〜電池cに対し、25℃の環境下にて、2000mA(1.0It)の充電電流で−ΔV充電を行い、その後、20分間放置した。
25℃の環境下にて2000mA(1.0It)の放電電流で電池電圧が1.0Vになるまで放電した後、10分間放置した。
(Ii) Cycle test The batteries a to c subjected to the initial activation treatment were charged with -ΔV at a charging current of 2000 mA (1.0 It) in an environment of 25 ° C, and then left for 20 minutes.
The battery was discharged at a discharge current of 2000 mA (1.0 It) at 25 ° C. until the battery voltage reached 1.0 V, and then left for 10 minutes.
上記充放電のサイクルを1サイクルとし、各電池につき初期容量を100%としたとき、この初期容量に対する容量維持率が60%を下回るまでのサイクル数を数え、その回数をサイクル寿命とした。ここで、比較例1の電池cがサイクル寿命に至ったときのサイクル数を100として、各電池のサイクル寿命との比を求め、その結果をサイクル寿命特性比として表1に示した。 When the charge / discharge cycle was 1 cycle and the initial capacity of each battery was 100%, the number of cycles until the capacity maintenance rate with respect to the initial capacity was below 60% was counted, and the number of cycles was defined as the cycle life. Here, assuming that the number of cycles when the battery c of Comparative Example 1 reached the cycle life was 100, the ratio to the cycle life of each battery was determined, and the results are shown in Table 1 as the cycle life characteristic ratio.
(3)考察
(i)TeO2を含むアルカリ電解液を用いた実施例1及び2の電池は、TeO2を含んでいないアルカリ電解液を用いた比較例1の電池よりも低温環境下での放電容量が多く、低温放電特性に優れている。詳しくは、実施例1の電池における−10℃環境下での放電容量比は、比較例1の電池に比べ0.9%改善されている。そして、実施例2の電池における−10℃環境下での放電容量比は、比較例1の電池に比べ1.1%改善されている。一方、実施例1の電池における−20℃環境下での放電容量比は、比較例1の電池に比べ2.2%改善されている。そして、実施例2の電池における−20℃環境下での放電容量比は、比較例1の電池に比べ2.2%改善されている。
(3) Discussion (i) TeO 2 Examples 1 and 2 using the alkaline electrolyte containing battery in a low-temperature environment than the battery of Comparative Example 1 using the alkaline electrolyte containing no TeO 2 High discharge capacity and excellent low-temperature discharge characteristics. Specifically, the discharge capacity ratio in the environment of −10 ° C. in the battery of Example 1 is improved by 0.9% compared to the battery of Comparative Example 1. And the discharge capacity ratio in the -10 degreeC environment in the battery of Example 2 is improved 1.1% compared with the battery of the comparative example 1. FIG. On the other hand, the discharge capacity ratio at −20 ° C. in the battery of Example 1 is improved by 2.2% compared to the battery of Comparative Example 1. And the discharge capacity ratio in the -20 degreeC environment in the battery of Example 2 is improved 2.2% compared with the battery of the comparative example 1. FIG.
また、実施例1及び2の電池は、比較例1の電池よりも低温環境下での作動電圧が高くなっている。詳しくは、−10℃環境下で実施例1及び実施例2の電池は、比較例1の電池に比べ作動電圧がそれぞれ2mV増加している。一方、−20℃環境下での実施例1の電池は、比較例1の電池に比べ作動電圧が2mV増加し、−20℃環境下での実施例2の電池は、比較例1の電池に比べ作動電圧が3mV増加している。 In addition, the batteries of Examples 1 and 2 have a higher operating voltage in a low temperature environment than the battery of Comparative Example 1. Specifically, in the environment of −10 ° C., the batteries of Example 1 and Example 2 have their operating voltages increased by 2 mV compared to the battery of Comparative Example 1, respectively. On the other hand, the battery of Example 1 under the environment of −20 ° C. has an operating voltage increased by 2 mV compared to the battery of Comparative Example 1, and the battery of Example 2 under the environment of −20 ° C. is the battery of Comparative Example 1. In comparison, the operating voltage is increased by 3 mV.
(ii)実施例1及び2の電池のサイクル寿命特性比は、比較例1の電池のサイクル寿命特性比と同じ値を示している。つまり、電解液にTeO2を添加してもTeO2が無添加の電池と同等のサイクル寿命の電池を得ることができると言える。 (Ii) The cycle life characteristic ratio of the batteries of Examples 1 and 2 shows the same value as the cycle life characteristic ratio of the battery of Comparative Example 1. That is, it can be said that even when TeO 2 is added to the electrolytic solution, a battery having a cycle life equivalent to that of a battery without addition of TeO 2 can be obtained.
(iii)以上の結果から、負極に希土類−Mg−Ni系水素吸蔵合金を用いたニッケル水素二次電池において、アルカリ電解液にTeO2を添加することで、サイクル寿命特性を維持しつつ、更に低温放電特性を改善することができると言える。特に、低温放電特性を向上させるには、電池内のTeO2の量を0.28×10-4g/Ah以上とすることが好ましいと言える。 (Iii) From the above results, in a nickel metal hydride secondary battery using a rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy for the negative electrode, by adding TeO 2 to the alkaline electrolyte, while maintaining cycle life characteristics, It can be said that the low-temperature discharge characteristics can be improved. In particular, in order to improve the low-temperature discharge characteristics, it can be said that the amount of TeO 2 in the battery is preferably 0.28 × 10 −4 g / Ah or more.
なお、本発明は、上記した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能であり、例えば、ニッケル水素二次電池は、角形電池であってもよく、機械的な構造は格別限定されることはない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications are possible. For example, the nickel metal hydride secondary battery may be a prismatic battery and has a mechanical structure. Is not exceptionally limited.
2 ニッケル水素二次電池
22 電極群
24 正極
26 負極
28 セパレータ
2 Nickel metal hydride
Claims (2)
前記電極群は、セパレータを介して重ね合わされた正極及び負極からなり、
前記負極は、AB2型サブユニット及びAB5型サブユニットが積層された結晶構造を有する希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金を含み、
前記アルカリ電解液は、TeO2を含み、
前記TeO 2 の電池の容量(Ah)当たりの添加量は、0.28×10 −4 g/Ah以上、2.8×10 −4 g/Ah以下である、
ことを特徴とするニッケル水素二次電池。 A container, and an electrode group housed in an airtight state together with an alkaline electrolyte in the container,
The electrode group is composed of a positive electrode and a negative electrode superimposed via a separator,
The negative electrode includes a rare earth-Mg-Ni-based hydrogen storage alloy having a crystal structure in which AB 2 type subunits and AB 5 type subunits are stacked,
The alkaline electrolyte, only including the TeO 2,
The amount of TeO 2 added per battery capacity (Ah) is 0.28 × 10 −4 g / Ah or more and 2.8 × 10 −4 g / Ah or less.
Nickel metal hydride secondary battery characterized by the above.
一般式:Ln1−xMgxNiy−aAla(ただし、式中、Lnは、Zr、Ti及び希土類元素から選ばれる少なくとも一つの元素、添字x、y、aは、それぞれ、0.05≦x≦0.30、2.8≦y≦3.8、0.05≦a≦0.30を示す)で表される組成を有していることを特徴とする請求項1に記載のニッケル水素二次電池。 The hydrogen storage alloy is
General formula: Ln 1-x Mg x Ni y-a Al a ( In the formula, Ln is, Zr, at least one element selected from Ti and rare earth elements, the subscript x, y, a, respectively, 0. 05 ≦ x ≦ 0.30,2.8 ≦ y ≦ 3.8,0.05 ≦ a ≦ 0.30 , wherein it has a composition represented in claim 1, wherein in the illustrated) NiMH secondary battery.
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