(57)【要約】【課題】容量を向上させることができるニッケル水素電池用正極材料を提供する。【解決手段】正極活物質と導電助材とを含み、前記導電助材がＣｏＣＯ３である、ニッケル水素電池用正極材料である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質と導電助材とを含み、前記導電助材がＣｏＣＯ３である、ニッケル水素電池用正極材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願はニッケル水素電池用正極材料を開示するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には正極に導電助材としてＣｏを用いたニッケル水素電池が開示されており、Ｃｏを用いることにより電池の電気化学的性能が向上したと記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】M.G.Ortiz et. al, International journal of hydrogen energy, 39, 2014, 8661-8666.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｃｏは電解液中に溶出し難いという性質を有するため、正極活物質間に十分な量の導電パスが形成できていないと考えられる。十分な量の導電パスが形成されないと、電池の容量が小さくなる。そのため、ニッケル水素電池の正極に用いる導電助材については、まだまだ改善の余地があった。
【０００５】
そこで、本願は容量を向上させることができるニッケル水素電池用正極材料を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、鋭意検討した結果、導電助材にＣｏＣＯ３を用いることで、電池容量が向上することを見出した。
【０００７】
よって、本願は上記知見に基づいて、上記課題を解決する１つの手段として、正極活物質と導電助材とを含み、導電助材がＣｏＣＯ３である、ニッケル水素電池用正極材料を開示する。
【発明の効果】
【０００８】
本願が開示するニッケル水素電池用正極材料によれば、電池の容量を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】導電助材としてＣｏを用いた場合における、導電パス形成の推定メカニズムを説明する図である。
【図２】導電助材としてＣｏＣＯ３を用いた場合における、導電パス形成の推定メカニズムを説明する図である。
【図３】実施例に用いた導電助材のＸＲＤ結果である。
【図４】比較例に用いた導電助材のＸＲＤ結果である。
【図５】実施例の充放電曲線である。
【図６】比較例の充放電曲線である。
【図７】実施例のインピーダンス測定の結果である。
【図８】比較例のインピーダンス測定の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下において、数値Ａ及びＢについて「Ａ〜Ｂ」という表記は「Ａ以上Ｂ以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Ｂのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Ａにも適用されるものとする。
【００１１】
＜ニッケル水素電池用正極材料＞
本開示のニッケル水素電池用正極材料は正極活物質と導電助材を含み、導電助材がＣｏＣＯ３であることを特徴としている。これにより、電池の容量を向上させることができる。
【００１２】
正極活物質としては、ニッケル水素電池に使用される正極活物質であれば特に限定されず、水酸化ニッケル等のニッケル化合物又は該ニッケル化合物の水和物を用いることができる。正極材料における正極活物質の含有量は、特に限定されないが、８０．０質量％以上９９．８質量％以下であることが好ましい。
【００１３】
導電助材としては、上述のとおりＣｏＣＯ３を用いる。正極材料における導電助材の含有量は、特に限定されないが、０．１質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。ただし、正極材料にＣｏＣＯ３以外の導電助材を用いることを妨げるものではない。
【００１４】
また、本開示のニッケル水素電池用正極材料は、上記の正極活物質及び導電助材の他に、公知のバインダーを含むことができる。例えば、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）やＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）を挙げることができる。バインダーは単独で用いても良く、複数組み合わせて使用しても良い。正極材料におけるバインダーの含有量は、特に限定されないが、０．１質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。
【００１５】
ここで、本開示のニッケル水素電池用正極材料を用いることにより電池容量が向上する推定メカニズムについて説明する。
【００１６】
まず、導電助材にＣｏを用いた従来の正極材料を電池に用いた場合について、図１を用いて説明する。図１に示したように、Ｃｏは電解液中のＯＨ−と反応して、Ｃｏ（ＯＨ）４２−となり電解液中に溶出する。そして、Ｃｏ（ＯＨ）４２−はさらに酸化されてＣｏＯＯＨとなり、これにより正極活物質間に導電パスが形成される。
しかしながら、図１に示した通り、一般的にＣｏはニッケル水素電池に用いられる電解液に溶出し難く、そのためＣｏＯＯＨの生成量が少なくなり易い。そのため、正極活物質間に十分な導電パスが形成されず、反応抵抗が高くなり易く、容量が小さくなり易い。
【００１７】
一方で、本開示の正極材料では導電助材にＣｏＣＯ３を用いている。ＣｏＣＯ３はＣｏよりも電解液中に溶出し易いため、図２に示したように、正極活物質間に十分な量の導電パス（ＣｏＯＯＨ）を形成することができる。よって、本開示のニッケル水素電池用正極材料を電池に用いることにより、導電パスの形成が促進するため、反応抵抗を低減させることができ、容量を向上させることができる。
【００１８】
本開示のニッケル水素電池用正極材料を用いて、正極を製造する方法は、特に限定されず、公知の方法を採用することができる。例えば、本開示のニッケル水素電池用正極材料を混合して圧延する方法や、本開示のニッケル水素電池用正極材料と溶媒とを含むスラリーを塗布する方法が挙げられる。
【００１９】
また、上記の正極を用いて構成されたニッケル水素電池も特に限定されず、公知の構成を採用することができる。例えば、正極と、負極と、正極及び負極の間に備えられた電解質層とを有するニッケル水素電池とすることができる。なお、正極及び負極には集電体が配置されていることが好ましい。
【００２０】
ここで、負極には、ニッケル水素電池に用いられる公知の負極活物質を含む負極を用いることができる。例えば、負極活物質としてニッケル水素電池に用いられる水素吸蔵合金を挙げることができる。また、負極には導電助材やバインダーが含まれていても良い。
電解質層には、ニッケル水素電池に用いられる公知の電解質（液体電解質等）を含む電解質層を用いることができる。ただし、電解質に液体電解質（電解液）を用いる場合は、正極と負極との間に絶縁性多孔質体であるセパレータを配置し、正極と負極との絶縁性を確保する必要がある。液体電解質としては、例えば水酸カリウム水溶液や水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液等の公知のものを挙げることができる。これらの液体電解質は単独で用いても良く、複数用いてもよい。液体電解質の濃度は、特に限定されないが、４ｍｏｌ/ｋｇ〜８ｍｏｌ／ｋｇが好ましい。
集電体には、ニッケル等の公知の集電体を用いることができる。
【００２１】
上記のニッケル水素電池の製造方法は、特に限定されず、ニッケル水素電池の構成に応じて適宜最適な方法を採用することができる。
【実施例】
【００２２】
本開示のニッケル水素電池用正極材料について、実施例及び比較例を用いて詳しく説明する。
【００２３】
［導電助材の同定］
実施例及び比較例に用いる導電助材について、それぞれＸＲＤ測定を行った。結果を図３、４に示した。図３より、実施例に用いる導電助材はＣｏＣＯ３であることが確認できた。図４より、比較例に用いる導電助材はＣｏであることが確認できた。
【００２４】
ここで、上記で行ったＸＲＤ測定の条件を示す。なお、ＸＲＤ測定はリガク製のＸＲＤ測定装置を用いた。条件はＣｕＫα線にて２θ＝２０度〜８０度とした。
【００２５】
［実施例に係る電池の作製］
＜正極の作製＞
正極活物質（β−Ｎｉ（ＯＨ）２）と、導電助材（ＣｏＣＯ３）と、ＳＢＲと、ＣＭＣとを質量比で９５：３：１：１の配合で混合し、さらに溶媒（ＮＭＰ）を加えて混合してスラリーとした。そして、得られたスラリーを集電体（ニッケル）に塗布し、乾燥させることで正極を作製した。
【００２６】
＜負極の作製＞
水素吸蔵合金と、ＳＢＲと、ＣＭＣとを質量比で９８：１：１の配合で混合し、さらに溶媒（ＮＭＰ）を加えて混合してスラリーとした。そして、得られたスラリーを集電体（ニッケル）に塗布し、乾燥させることで負極を作製した。
なお、水素吸蔵合金としては、ＬａＮｉ５を用いた。
【００２７】
＜ニッケル水素電池の作製＞
上記で作製した正極と負極との間にセパレータ（ポリエチレン・ポリプロピレン製不織布）を挟み、さらに、両面からアクリル板で圧迫して固定した。そして、６ｍｏｌ／ｋｇの水酸化カリウム水溶液を電解液に用いて、評価用のニッケル水素電池を作製した。参照電極としては酸化水銀電極（Ｈｇ／ＨｇＯ）を用いた。
【００２８】
［比較例に係る電池の作製］
実施例の導電助材をＣｏに替えて、ニッケル水素電池を作製した。
【００２９】
［評価］
実施例および比較例に係るニッケル水素電池について、放電容量及び反応抵抗について評価した。
まず、ニッケル水素電池を充放電装置に接続し、２５℃の温度で充電、放電を行った。そして、２５℃の温度で１０サイクルの充放電を繰り返した。そのときの充放電容量の結果を図５、６に示した。また、充放電は電流値０．２ｍＡ／ｃｍ２で行い、下限電圧を１．０Ｖとした。その後、インピーダンス測定を実施した。この結果を図７、８に示した。また、得られた結果を表１にまとめた。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１より、正極の導電助材としてＣｏＣＯ３を用いた実施例の電池は、Ｃｏを用いた電池よりも反応抵抗が減少し、かつ、放電容量が増加した。これは、ＣｏＣＯ３がＣｏに比べて電解質中に溶出し易く、ＣｏＯＯＨの生成量が増加（正極活物質間の導電パスが増加）したためと考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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