JPH10261412A - アルカリ蓄電池用ニッケル正極及びその製造方法 - Google Patents
アルカリ蓄電池用ニッケル正極及びその製造方法Info
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- JPH10261412A JPH10261412A JP9345387A JP34538797A JPH10261412A JP H10261412 A JPH10261412 A JP H10261412A JP 9345387 A JP9345387 A JP 9345387A JP 34538797 A JP34538797 A JP 34538797A JP H10261412 A JPH10261412 A JP H10261412A
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Abstract
ニッケルの利用率に優れたアルカリ蓄電池用ニッケル正
極を提供することを目的とする。 【解決手段】 水酸化ニッケルまたは異種元素を固溶し
た水酸化ニッケル粒子、2価を超えるコバルト化合物よ
りなり前記水酸化ニッケル粒子を被覆する被覆層、並び
に、Ca、Sr、Ba、Cu、Ag、Cd、Y、Yb、
Ce、Sm、GdおよびErからなる群より選ばれる少
なくとも1種の元素の化合物を含有するアルカリ蓄電池
用ニッケル正極。
Description
ニッケル正極の改良に関するものである。
び小型軽量化に伴い高エネルギー密度の二次電池が切望
されている。また、電気自動車用の電源として、高エネ
ルギー密度の新しい二次電池の開発が要望されている。
このような要望に応えるために、ニッケルーカドミウム
電池の分野においては、従来の焼結式ニッケル正極を用
いた電池の高容量化が進み、また、これより30〜60
%高容量である発泡メタル式ニッケル正極を用いた高エ
ネルギー密度の電池が開発されている。さらに、ニッケ
ルーカドミウム電池よりも高容量である、負極に水素吸
蔵合金を用いたニッケル−水素蓄電池が開発されてい
る。この電池は、焼結式ニッケル正極を用いたニッケル
ーカドミウム電池の2倍以上の電池容量を有する。
エネルギー密度を向上させるために、焼結式ニッケル多
孔体、あるいは高多孔度(90%以上)の三次元発泡ニ
ッケル多孔体やニッケル繊維多孔体に水酸化ニッケル粉
末を高密度に充填している。その結果、従来の焼結式ニ
ッケル正極のエネルギー密度が400〜450mAh/
cm3であるのに対して、最近の焼結式ニッケル正極に
ついては450〜500mAh/cm3まで向上し、発
泡メタル式ニッケル正極については550〜650mA
h/cm3である。焼結式ニッケル多孔体、発泡ニッケ
ル多孔体あるいはニッケル繊維多孔体中に水酸化ニッケ
ルを高密度に充填した正極は、常温付近におけるエネル
ギー密度は高いが、高温雰囲気下におけるエネルギー密
度は低いという問題があった。この原因は、高温雰囲気
下での充電において、水酸化ニッケルがオキシ水酸化ニ
ッケルに充電される反応と同時に、酸素発生反応が起こ
りやすくなるためである。すなわち、正極での酸素発生
過電圧が減少し、水酸化ニッケルがオキシ水酸化ニッケ
ルに充分に充電されず、水酸化ニッケルの利用率が低下
することによる。
トリウム、インジウム、アンチモン、バリウム、カルシ
ウム及びベリリウムの化合物のうち少なくとも一種を添
加する方法が提案されている(特開平5−28992号
公報)。正極中に添加されたこれらの化合物は、活物質
である水酸化ニッケルの表面に吸着し、これによって、
高温雰囲気下の充電における水酸化ニッケルの利用率が
向上する。しかしながら、高温雰囲気下における利用率
は、さらなる向上が求められている。一方、水酸化ニッ
ケルの利用率向上のために、水酸化ニッケルよりなる活
物質表面に水酸化コバルトを形成し、酸素とアルカリ水
溶液の共存下で加熱処理を行うことにより、2価を超え
る導電性の高い高次コバルト化合物を水酸化ニッケル活
物質表面に形成する方法が提案されている(特開平1−
200555号公報)。この方法によると、常温付近で
の利用率向上には効果があるものの、高温雰囲気下での
効果は小さい。
み、常温から高温までの雰囲気下において水酸化ニッケ
ルの利用率に優れたアルカリ蓄電池用ニッケル正極を提
供することを目的とする。
用ニッケル正極は、水酸化ニッケルまたは異種元素を固
溶した水酸化ニッケルの粒子、平均原子価が2より大き
いコバルトの化合物よりなり前記粒子を被覆している被
覆層、並びに、Ca、Sr、Ba、Cu、Ag、Cd、
Y、Yb、Ce、Sm、GdおよびErからなる群より
選ばれる少なくとも1種の元素の化合物を含有すること
を特徴とする。ここで、前記元素の化合物としては、C
a(OH)2、 CaO、 CaF2、CaS、 CaS
O4、 CaSi2O5、 CaC2O4、 CaWO4、 Sr
CO3、Sr(OH)2、 BaO、 Cu2O、 Ag
2O、 CdO、 Y2O3、Y(OH)3、Y2(C
O3)3、 Yb2O3、 Yb(OH)3、 CeO2、 Sm
2O3、Gd2O3、およびEr2O3よりなる群から選択さ
れるものが好ましい。
異種元素を固溶した水酸化ニッケルの粒子の表面に、平
均原子価が2より大きいコバルトの化合物よりなる被覆
層を形成した活物質を用い、さらにCa、Sr、Ba、
Cu、Ag、Cd、Y、Yb、Ce、Sm、Gdおよび
Erからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の化
合物を正極中に含有させるものである。ここに用いる2
価を超えるコバルト化合物よりなる被覆層を形成した活
物質は、コバルト化合物、例えば水酸化コバルトの被覆
層を有する水酸化ニッケル粉末を酸素とアルカリ水溶液
の共存下で加熱処理することなどにより、得ることがで
きる。
池用ニッケル正極は、前記の活物質と、Ca、Sr、B
a、Cu、Ag、Cd、Y、Yb、Ce、Sm、Gdお
よびErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素
の化合物との混合物を含む。本発明の他の実施態様にお
けるアルカリ蓄電池用ニッケル正極は、Ca、Sr、B
a、Cu、Ag、Cd、Y、Yb、Ce、Sm、Gdお
よびErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素
の化合物は、前記被覆層中に含まれる。このニッケル正
極は、水酸化ニッケルまたは異種元素を固溶した水酸化
ニッケルの粒子の水分散液に、アルカリ水溶液でpHを
調整しながら、コバルトイオンと、Ca、Sr、Ba、
Cu、Ag、Cd、Y、Yb、Ce、Sm、Gd、及び
Erからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素のイ
オンとを含む水溶液を添加して、前記水酸化ニッケル粒
子をコバルト化合物と前記元素の化合物を含む被覆層に
よって被覆した活物質粒子を得る工程、および得られた
活物質粒子を酸素とアルカリ水溶液の共存下で加熱処理
する工程により得ることができる。前記のアルカリ溶液
は、アンモニアを含んでいてもよい。
カリ蓄電池用ニッケル正極は、平均原子価が2より大き
いコバルトの化合物よりなる被覆層を有する水酸化ニッ
ケルまたは異種元素を固溶した水酸化ニッケルの結晶が
集合した粒子からなり、前記粒子の内部、及び表面に、
Ca、Sr、Ba、Cu、Ag、Cd、Y、Yb、C
e、Sm、GdおよびErからなる群より選ばれる少な
くとも1種の元素の化合物を含む。このニッケル正極
は、平均原子価が2より大きいコバルトの化合物よりな
る被覆層を有する、水酸化ニッケルまたは異種元素を固
溶した水酸化ニッケルの粒子と、Ca、Sr、Ba、C
u、Ag、Cd、Y、Yb、Ce、Sm、GdおよびE
rからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の化合
物とを酸素とアルカリ水溶液共存下で加熱処理すること
により製造することができる。
たは活物質混合物を支持体に保持させることにより構成
される。活物質または活物質混合物には、必要に応じて
コバルトまたはコバルト化合物を添加することもでき
る。前記元素の化合物の割合は、水酸化ニッケルまたは
異種元素を固溶した水酸化ニッケル100重量部に対し
て0.1〜5重量部の範囲が好ましい。前記被覆層にお
けるコバルト化合物の割合は、水酸化ニッケルまたは異
種元素を固溶した水酸化ニッケル100重量部に対して
1〜20重量部の範囲が好ましい。また、前記元素の化
合物が前記被覆層中に含まれる場合、その化合物の割合
は、コバルト化合物10重量部に対し0.05〜3重量
部の範囲が好ましい。上記の活物質または活物質混合物
を得る際のアルカリ処理に用いるアルカリ水溶液の濃度
は、15〜60wt%であり、加熱処理温度は50〜1
50℃であることが好ましい。
水酸化ニッケルの粒子表面を被覆している2価を超える
コバルト化合物よりなる被覆層は、導電性が高いから、
活物質の利用率を向上させる効果が得られる。すなわ
ち、以下の式(1)の水酸化ニッケルのオキシ水酸化ニ
ッケルへの充電反応が十分に行われる。そして、本発明
による正極は、Ca、Sr、Ba、Cu、Ag、Cd、
Y、Yb、Ce、Sm、Gd、及びErからなる群より
選ばれる少なくとも1種の元素の化合物を含有する。こ
れらの化合物は、以下の式(2)の高温雰囲気下の充電
における競争反応である酸素発生の過電圧を大きくする
効果がある。
気下においてもさらなる正極利用率の向上が可能とな
る。以上により、常温から高温までの幅広い温度雰囲気
下での活物質の利用率及び充電受け入れ性に優れたニッ
ケル正極が得られる。
実施例では、母粒子としてZnを全金属元素の3wt%
相当固溶させた水酸化ニッケル粒子を用いているが、Z
n、Co、Mg、Cd等の元素が固溶している水酸化ニ
ッケル、純粋な水酸化ニッケルにも同様に適用すること
ができる。
相当固溶させた水酸化ニッケル粉末に、硫酸コバルトの
1モル/L水溶液と水酸化ナトリウムの25wt%水溶
液とを添加し、pH10に調製した。このアルカリ水溶
液中で、前記水酸化ニッケル粉末を撹拌することにより
粒子表面にコバルト化合物、主として水酸化コバルトか
らなる被覆層を形成した。水酸化ニッケル粉末を被覆し
ているコバルト化合物の割合は、Znを固溶させた水酸
化ニッケル100重量部に対して10重量部であった。
こうして得た、水酸化コバルトを被覆した水酸化ニッケ
ル粉末の電気伝導度を測定したところ0.01μS/c
m以下であった。
る水酸化ニッケル粉末に、水酸化ナトリウムの40wt
%水溶液を前記粉末を湿らす程度に添加し、よく混合し
た後、空気中において120℃で1時間加熱処理し、水
洗、乾燥させた。こうして得た活物質における前記被覆
層のコバルト化合物のコバルトの原子価は、チオ硫酸ナ
トリウムを用いた酸化還元滴定により求めたところ、
2.9であった。また、この活物質の電気伝導度を測定
したところ2.2mS/cmであった。従って、上記の
加熱処理により活物質の電気伝導度が格段に向上したこ
とが確認された。この活物質粉末100重量部と水酸化
カルシウム粉末1重量部とを良く混合し、さらに水を添
加しペースト状にした。このペーストを支持体である厚
さ1.6mm、多孔度95%、面密度600g/m2の
発泡ニッケル基板中に充填し、乾燥後、加圧成型し、フ
ッ素樹脂粉末の水分散液に浸漬した。この後、乾燥し、
大きさ90×70mmに切断してニッケル正極Aを得
た。ここで、水酸化カルシウム粉末の代わりに、各種金
属元素の化合物を前記と同じ量用い、前記と同様の方法
で表1に示す各種ニッケル正極B〜Sを作製した。
水酸化ニッケル100重量部に対して10重量部と一定
にし、前記水酸化カルシウム粉末の割合を0.05〜1
0重量部としたもの、及び水酸化ニッケル100重量部
に対して前記水酸化カルシウム粉末の割合を1重量部と
一定にし、コバルト化合物の被覆層の割合を0.5〜2
5重量部としたものを作製した。こうして、表2に示す
正極A1〜A5、及び表3に示すAA1〜AA5を得
た。
しないこと以外は、実施例1と同様にしてニッケル正極
Tを得た。
相当固溶させた水酸化ニッケル粉末100重量部に、水
酸化コバルト粉末10重量部、水酸化カルシウム粉末1
重量部、及び水を加え、よく混合してペースト状にし
た。このペー ストを支持体である厚さ1.6mm、多
孔度95%、面密度600g/m2の発泡ニッケル基板
中に充填し、乾燥後、加圧成型し、フッ素樹脂粉末の水
分散液に浸漬した。この後、乾燥し、大きさ90×70
mmに切断してニッケル正極Uを得た。
相当固溶させた水酸化ニッケル粉末に、硫酸コバルトの
1モル/L水溶液と水酸化ナトリウムの25wt%水溶
液とを添加し、pH10に調製した。このアルカリ水溶
液中で、前記水酸化ニッケル粉末を撹拌混合することに
より水酸化ニッケル表面に水酸化ニッケル100重量部
当たり10重量部の割合でコバルト化合物の被覆層を形
成した。こうして得た活物質粉末と酸化イットリウム粉
末を重量比で100:1の割合で良く混合し、活物質混
合物を得た。この活物質混合物に水を添加しペースト状
にし、このペーストを支持体である厚さ1.6mm、多
孔度95%、面密度600g/m2の発泡ニッケル基板
中に充填し、乾燥後、加圧成型し、フッ素樹脂粉末の水
分散液に浸漬した。この後、乾燥し、大きさ90×70
mmに切断してニッケル正極Vを得た。
大きな理論容量を持つ公知の水素吸蔵合金負極2枚で挟
み、比重1.30の水酸化カリウム水溶液を電解液とし
た電池(フラッデッドセル)を作製した。これらの電池
について、各正極の理論容量を基準として10時間率で
15時間充電し、3時間休止の後、20℃において5時
間率で端子間電圧が1Vに低下するまで放電する試験を
行った。充電は20℃、45℃、または55℃で行い、
放電はすべて20℃で行った。表4、表5、及び表6
に、正極A〜V、および正極AA1〜AA5、AA1〜
AA5の20℃充電時の放電容量に対する、45及び5
5℃充電時の放電容量比率(20℃充電時の放電容量を
100としたときの値)、並びに、20℃での利用率の
比(各々の表の基準の正極の利用率を100としたとき
の値)を示した。この利用率の比は、以下の式によって
算出したものである。そして、表4、表5、及び表6に
おける利用率の基準は、それぞれA、A3、及びAA3
である。 利用率比=(正極の単位重量あたりの放電容量密度)/
(基準の正極の単位重量あたりの放電容量密度)×10
0
よる正極A〜Sを有する電池は、比較例1の正極T、比
較例2の正極U、および比較例3の正極Vに比べて高温
での充電効率が優れていることがわかる。また、比較例
2正極U、および比較例3の正極Vに比べて活物質の利
用率が優れていることがわかる。本発明による正極によ
れば、Ca、Sr、Ba、Cu、Ag、Cd、Y、Y
b、Ce、Sm、Gd、及びErからなる群より選ばれ
る少なくとも1種の元素の化合物を含有することによる
酸素発生の過電圧を大きくする効果と、2価を超えるコ
バルト化合物よりなる被覆層による活物質の利用率を向
上させる効果との相乗効果により、高温雰囲気下におい
ても正極利用率のさらなる向上を達成できることがわか
る。次に、表5より、前記金属元素の化合物としての水
酸化カルシウムの割合が、水酸化ニッケル100重量部
に対して0.1〜5重量部の範囲において、高温での充
電効率に優れていることがわかる。また、表6より、前
記コバルト化合物よりなる被覆層の割合が、水酸化ニッ
ケル100重量部に対して1〜20重量部の範囲におい
て、活物質の利用率と高温での充電効率の両方に優れて
いることがわかる。
カルシウム化合物にだけでなく、Sr、Ba、Cu、A
g、Cd、Y、Yb、Ce、Sm、Gd、及びErから
なる群より選ばれる化合物についても同様に確認され
た。また、上記の実施例では、Znを固溶した水酸化ニ
ッケルを用いたが、Zn以外にCo、Mg、またはCd
などの異種金属元素を固溶した水酸化ニッケル、あるい
は異種金属元素を固溶していない水酸化ニッケルを用い
ることもできる。Zn、Mg、またはCdを固溶させる
目的は、主として充電時のγーオキシ水酸化ニッケルの
生成を抑制することであり、Coを固溶させる目的は、
主として利用率を向上することである。いずれの水酸化
ニッケルを用いても前記に示した本発明による効果を得
ることができる。
相当固溶させた水酸化ニッケル粉末に、硫酸コバルトの
1モル/L水溶液と水酸化ナトリウムの25wt%水溶
液とを添加し、pH10に調製した。このアルカリ水溶
液中で、前記水酸化ニッケル粉末を撹拌することによ
り、Znを固溶した水酸化ニッケル100重量部当たり
10重量部のコバルト化合物からなる被覆層を形成し
た。こうして得た活物質粉末100重量部とフッ化カル
シウム粉末1重量部を混合し、この混合物に水酸化ナト
リウムの40wt%水溶液を前記粉末が湿る程度に添加
し、よく混合した後、空気中において120℃で1時間
加熱処理した。次いで、水洗、乾燥させて活物質混合物
を得た。ここで、フッ化カルシウム粉末の代わりに、各
種金属元素の化合物を前記と同じ量用い、前記と同様の
方法で表7に示す各種ニッケル活物質混合物1〜12を
作製した。
水酸化ニッケル100重量部に対して10重量部と一定
にし、前記フッ化カルシウム粉末の割合を0〜10重量
部としたもの、及び水酸化ニッケル100重量部に対し
て前記フッ化カルシウム粉末の割合を1重量部と一定に
し、コバルト化合物の被覆層の割合を0.5〜25重量
部としたものを作製した。こうして、表8に示す活物質
13〜17、及び表9に示す18〜22を得た。
〜22に水を添加しペースト状にした。このペーストを
支持体である厚さ1.6mm、多孔度95%、面密度6
00g/m2の発泡ニッケル基板中に充填し、乾燥後、
加圧成型した。次に、フッ素樹 脂粉末の水分散液に浸
漬した後、乾燥し、大きさ90×70mmに切断してニ
ッケル正極1A〜22Aを得た
しないこと以外は、実施例2と同様にしてニッケル正極
23Aを得た。
相当固溶させた水酸化ニッケル粉末100重量部に、水
酸化コバルト粉末10重量部、およびフッ化カルシウム
粉末1重量部を混合した。この活物質混合物に水を添加
しペースト状にした。このペーストを支持体である厚さ
1.6mm、多孔度95%、面密度600g/m2の発
泡ニッケル基板中に充填し、乾燥後、加圧成型した。次
に、フッ素樹 脂粉末の水分散液に浸漬した後、乾燥
し、大きさ90×70mmに切断してニッケル正極24
Aを得た。
正極1枚を、正極よりも大きな理論容量を持つ公知の水
素吸蔵合金負極2枚で挟み、比重1.30の水酸化カリ
ウム水溶液を電解液とした電池(フラッデッドセル)を
作製した。これらの電池について、各正極理論容量を基
準にして10時間率で15時間充電し、3時間休止の
後、20℃において5時間率で端子間電圧が1Vに低下
するまで放電する試験を行った。充電は20℃、45
℃、または55℃で行い、放電はすべて20℃で行っ
た。表10、表11、及び表12に、正極1A〜12
A、23A、24A、正極13A〜17A、正極18A
〜22Aの20℃充電時の放電容量に対する、45及び
55℃充電時の放電容量比率、並びに、20℃での利用
率の比を示した。なお、表10、表11、及び表12に
おける基準の正極は、それぞれ1A、15A、及び20
Aである。
による正極1A〜12Aを有する電池は、本発明のフッ
化カルシウムなどの金属元素の化合物を含まない活物質
を用いた正極、及びコバルト化合物の被覆層を含まない
活物質を用いた正極と比較して、活物質の利用率と、高
温での充電効率の両方に優れていることがわかる。ま
た、活物質中に含まれる金属元素の化合物としては、C
aの他に、Sr、Ba、Cu、Ag、Cd、Y、Yb、
Ce、Sm、GdおよびErより選ばれる化合物も、同
様に優れていることがわかる。次に、表11より、前記
金属元素の化合物として、フッ化カルシウムの割合が、
水酸化ニッケル100重量部に対して0.1〜5重量部
の範囲において、高温での充電効率に優れていることが
わかる。表12より、前記コバルト化合物の被覆層の割
合が、水酸化ニッケル100重量部に対して1〜20重
量部の範囲において、活物質の利用率と高温での充電効
率の両方に優れていることがわかる。なお、表11、及
び表12で示される傾向は、カルシウム化合物にだけで
なく、Sr、Ba、Cu、Ag、Cd、Y、Yb、C
e、Sm、Gd、及びErからなる群より選ばれる化合
物についても同様に確認された。
ッケルの1.5モル/L水溶液、アンモニアの15モル
/L水溶液、および水酸化ナトリウムの25wt%水溶
液を混合することにより、Znを全金属元素の3wt%
相当固溶させた、平均粒子径約10μmの水酸化ニッケ
ル粒子を析出させた。この水酸化ニッケル粒子を水洗
し、乾燥して、水酸化ニッケル母粒子とした。次に、上
記水酸化ニッケル母粒子の水分散液に、水酸化ナトリウ
ム水溶液でpHを10に調整しながら、硫酸コバルト水
溶液と硝酸カルシウム水溶液との混合液を滴下した。こ
うしてCoとCaの化合物によって被覆された活物質粒
子を得た。この活物質粒子の被覆層は、Coの水酸化物
とCaの水酸化物の混合物、あるいはCaを固溶した水
酸化コバルトとして存在する。
に、各種金属の硝酸塩水溶液または硫酸塩水溶液を用
い、硫酸コバルト水溶液と各種金属の硝酸酸塩水溶液ま
たは硫酸塩水溶液の混合比率を変化させることにより、
被覆層中の元素の種類及び含有量を調整した。被覆量
は、母粒子に対する混合水溶液の滴下量を変化すること
により調整した。こうして得られた活物質粒子に、水酸
化ナトリウムの40wt%水溶液を粒子が湿る程度に含
浸させ、よく混合した後、空気中において120℃で1
時間加熱処理し、水洗、乾燥させて活物質a1〜a13
を得た。以上のようにして、各種ニッケル活物質a1〜
a13を作製した。
Co化合物とCa化合物との割合を前者の10重量部に
対して後者を0.5重量部と一定にし、母粒子100重
量部に対する被覆層の割合を0.5〜25重量部とした
もの、および母粒子100重量部に対し、Co化合物を
10重量部と一定にしCa化合物の割合を0.02〜5
重量部としたものを作製した。次に、これらに水酸化ナ
トリウムの40wt%水溶液を粒子が湿る程度に含浸さ
せ、よく混合した後、空気中において120℃で1時間
加熱処理し、水洗、乾燥させた。こうして表14に示す
活物質b1〜b5、及び表15に示す活物質c1〜c5
を得た。
加え、よく混合してペースト状にした。このペーストを
支持体である厚さ1.6mm、多孔度95%、面密度6
00g/m2の発泡ニッケル基板中に充填し、乾燥後、
加圧成型し、フッ素樹脂粉末の水分散液に浸漬した。こ
の後、乾燥し、大きさ90×70mmに切断してニッケ
ル正極aa1〜aa13、bb1〜bb5、cc1〜c
c5を得た。
酸化ニッケル母粒子の100重量部に、CaF2粉末
0.5重量部、及び水を加え、よく混合してペースト状
にした。このペーストを支持体である厚さ1.6mm、
多孔度95%、面密度600g/m2の発泡ニッケル基
板中に充填し、乾燥後、加圧成型し、フッ素樹脂粉末の
水分散液に浸漬した。この後、乾燥し、大きさ90×7
0mmに切断してニッケル正極yyを得た。
酸化ニッケル母粒子を水に分散させ、その分散液液に、
水酸化ナトリウム水溶液でpHを10に調整しながら、
硫酸コバルト水溶液を滴下した。こうしてCoの化合物
によって被覆された活物質粒子zを得た。この活物質に
おけるCoの化合物被覆層の割合は、水酸化ニッケル1
00重量部に対して10重量部であった。この活物質粉
末zの100重量部に、水酸化コバルト粉末10重量
部、CaF2粉末0.5重量部、及び水を加え、よく混
合してペースト状にした。このペーストを支持体である
厚さ1.6mm、多孔度95%、面密度600g/m2
の発泡ニッケル基板中に充填し、乾燥後、加圧成型し、
フッ素樹脂粉末の水分散液に浸漬した。この後、乾燥
し、大きさ90×70mmに切断してニッケル正極zz
を得た。
容量を持つ公知の水素吸蔵合金負極2枚ではさみ、比重
1.30の水酸化カリウム水溶液を電解液とした電池
(フラッデッドセル)を作製した。これらの電池につい
て、各正極理論容量を基準にして10時間率で15時間
充電し、3時間休止の後、20℃において5時間率で端
子間電圧が1Vに低下するまで放電する試験を行った。
なお、充電は20℃、45℃、または55℃で行い、放
電はすべて20℃で行った。表16、表17、及び表1
8に、正極aa1〜aa13、yy、zz、bb1〜b
b5、及びcc1〜cc5の20℃充電時の放電容量に
対する、45及び55℃充電時の放電容量比率、並び
に、20℃での利用率の比を示した。表16、表17、
及び表18における基準の正極は、それぞれaa2、b
b3、及びcc3である。
明による正極aa2を有する電池は、同量のCo化合物
とCa化合物を含む従来の正極zzに比べて、利用率
と、高温での充電効率に優れていることがわかる。ま
た、aa3〜aa13より、被覆層が、Sr、Ba、C
u、Ag、Cd、Y、Yb、Ce、Sm、Gd、及びE
rからなる群より選ばれる化合物と、コバルト化合物と
を含有する正極も、同様に優れていることがわかる。一
方、被覆層がコバルト化合物のみからなる活物質を用い
た正極aa1は、高温での充電効率が低い。これは、酸
素発生電位を上昇させる効果のあるCa、Sr、Ba、
Cu、Ag、Cd、Y、Yb、Ce、Sm、Gd、及び
Erからなる群より選ばれる化合物を含まないためであ
る。
ム化合物=10:0.5の2成分系析出物からなるもの
とし、母粒子に対する被覆量を変化させた場合の被覆量
と活物質利用率との関係を示す表14と表17から明ら
かなように、被覆層の割合が母粒子100重量部に対し
1重量部未満のとき、及び20重量部を越えたときに、
活物質利用率が大きく低下している。この理由は、1重
量部未満では被覆化合物、特にCo化合物の量が不足
し、良好な導電ネットワークが形成できないためと考え
られる。他方、20重量部を超えた場合、活物質粒子中
の水酸化ニッケル含有量が相対的に減少することによる
容量の低下が、導電性向上効果を上回るためと考えられ
る。なお、表17で示される傾向は、カルシウム化合物
にだけでなく、Sr、Ba、Cu、Ag、Cd、Y、Y
b、Ce、Sm、Gd、及びErからなる群より選ばれ
る化合物についても同様に確認された。この結果から、
母粒子表面の被覆層の割合は、母粒子100重量部に対
し1〜20重量部の範囲とすることが好ましいことが分
かる。
ム化合物の2成分系析出物からなるものとし、母粒子に
対する被覆コバルト化合物量を一定(母粒子100重量
部当たり10重量部)とし、カルシウム化合物の割合を
変化させた正極cc1〜cc5を用いた電池について、
カルシウム化合物の割合と、高温充電効率、並びに、活
物質利用率を示す表15と表18から明らかなように、
被覆層のカルシウム化合物の割合がコバルト化合物10
重量部に対し0.05重量部未満であると、高温充電効
率特性が顕著に悪くなっている。これは、析出物中のカ
ルシウム化合物量が少なすぎるため、前記の酸素発生電
位の上昇の効果が充分に発揮されなくなったためと考え
られる。一方、被覆層中のカルシウム化合物の割合がC
o化合物10重量部当たり3重量部を超えた場合、単位
活物質重量当たりの電気容量が低下している。この理由
は、カルシウム化合物の量の増加に伴って活物質表面の
コバルト化合物密度が低下するため単位活物質当たり容
量が低くなるためと考えられる。
ム化合物にだけでなく、Sr、Ba、Cu、Ag、C
d、Y、Yb、Ce、Sm、Gd、及びErからなる群
より選ばれる化合物についても同様に確認された。以上
から、コバルト化合物と前記金属化合物との多成分系析
出物からなる被覆層の前記金属化合物の割合は、コバル
ト化合物10重量部当たり0.05〜3重量部の範囲が
好ましいことが分かる。また、上記実施例では、母粒子
としてZnを全金属元素の3wt%相当固溶させた水酸
化ニッケル粒子を用いた例を示したが、Zn、Co、M
g、Cd等の他の元素が固溶している水酸化ニッケルで
あっても同様の効果が得られる。また、正極を作製する
際に、本発明の活物質にさらに適当量のCoあるいはC
o化合物を加えることで、利用率を向上することができ
る。
ら高温までの雰囲気下において水酸化ニッケルの利用率
に優れたアルカリ蓄電池用ニッケル正極が得られる。
Claims (10)
- 【請求項1】 水酸化ニッケルまたは異種元素を固溶し
た水酸化ニッケルの粒子、平均原子価が2より大きいコ
バルトの化合物よりなり前記粒子を被覆している被覆
層、並びに、Ca、Sr、Ba、Cu、Ag、Cd、
Y、Yb、Ce、Sm、GdおよびErからなる群より
選ばれる少なくとも1種の元素の化合物を含有すること
を特徴とするアルカリ蓄電池用ニッケル正極。 - 【請求項2】 平均原子価が2より大きいコバルトの化
合物よりなる被覆層を有する水酸化ニッケルまたは異種
元素を固溶した水酸化ニッケルの結晶が集合した粒子か
らなり、前記粒子の内部、及び表面に、Ca、Sr、B
a、Cu、Ag、Cd、Y、Yb、Ce、Sm、Gdお
よびErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素
の化合物を含むことを特徴とするアルカリ蓄電池用ニッ
ケル正極。 - 【請求項3】 前記元素の化合物が、Ca(OH)2、
CaO、 CaF2、CaS、 CaSO4、 CaSi2O
5、 CaC2O4、 CaWO4、 SrCO3、Sr(O
H)2、 BaO、 Cu2O、 Ag2O、 CdO、 Y2
O3、 Y(OH)3、 Y2(CO3)3、 Yb2O3、 Y
b(OH)3、 CeO2、 Sm2O3、 Gd2O3、およ
びEr2O3よりなる群から選択される請求項1または2
記載のアルカリ蓄電池用ニッケル正極。 - 【請求項4】 前記元素の化合物の割合が、水酸化ニッ
ケルまたは異種元素を固溶した水酸化ニッケル100重
量部に対して0.1〜5重量部である請求項3記載のア
ルカリ蓄電池用ニッケル正極。 - 【請求項5】 前記元素の化合物が、前記被覆層中に含
まれる請求項1記載のアルカリ蓄電池用ニッケル正極。 - 【請求項6】 前記被覆層中の前記元素の化合物の割合
が、コバルト化合物10重量部に対し0.05〜3重量
部である請求項5記載のアルカリ蓄電池用ニッケル正
極。 - 【請求項7】 前記被覆層におけるコバルト化合物の割
合が、水酸化ニッケルまたは異種元素を固溶した水酸化
ニッケル100重量部に対して1〜20重量部である請
求項1、2、または5記載のアルカリ蓄電池用ニッケル
正極。 - 【請求項8】 平均原子価が2より大きいコバルトの化
合物よりなる被覆層を有する、水酸化ニッケルまたは異
種元素を固溶した水酸化ニッケルの粒子と、Ca、S
r、Ba、Cu、Ag、Cd、Y、Yb、Ce、Sm、
GdおよびErからなる群より選ばれる少なくとも1種
の元素の化合物とを酸素とアルカリ水溶液共存下で加熱
処理して活物質混合物を得る工程を有することを特徴と
するアルカリ蓄電池用ニッケル正極の製造方法。 - 【請求項9】 水酸化ニッケルまたは異種元素を固溶し
た水酸化ニッケルの粒子の水分散液に、アルカリ水溶液
でpHを調整しながら、コバルトイオンと、Ca、S
r、Ba、Cu、Ag、Cd、Y、Yb、Ce、Sm、
Gd、及びErからなる群より選ばれる少なくとも1種
の元素のイオンとを含む水溶液を添加して、前記水酸化
ニッケル粒子をコバルト化合物と前記元素の化合物を含
む被覆層によって被覆した活物質粒子を得る工程、およ
び得られた活物質粒子を酸素とアルカリ水溶液の共存下
で加熱処理する工程を有することを特徴とするアルカリ
蓄電池用ニッケル正極の製造方法。 - 【請求項10】 前記アルカリ水溶液の濃度が15〜6
0wt%であり、加熱処理温度が50〜150℃である
請求項8または9記載のアルカリ蓄電池用ニッケル正極
の製造方法。
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