(57)【要約】【課題】比較的簡易な製法によって製造可能であって、しかも高出力化、高容量化等に対応し得る新規な角型ニッケル−水素電池を提供する。【解決手段】ニッケル極と水素吸蔵合金極とをセパレータを介して積層した積層体を捲回して得られる捲回構造の電極を角型の電槽に挿入してなる角型ニッケル−水素電池であって、該電極が、該積層体を断面が楕円形の柱状に捲回して得られるもの、又は該積層体を円柱状に捲回した後加圧して得られるものであり、ニッケル極及び水素吸蔵合金極の一方又は両方が、間隙率５〜７０％、厚さ７〜５０μｍの金属箔を基材とするものであることを特徴とする角型ニッケル−水素電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル極と水素吸蔵合金極とをセパレータを介して積層した積層体を捲回して得られる捲回構造の電極群を角型の電槽に挿入してなる角型ニッケル−水素電池であって、
該電極群が、該積層体を円柱状に捲回した後加圧して得られるもの、又は該積層体を断面が楕円形の柱状に捲回して得られるものであり、
ニッケル極及び水素吸蔵合金極の一方又は両方が、間隙率５〜７０％、厚さ７〜５０μｍの金属箔を基材とするものである
ことを特徴とする角型ニッケル−水素電池。
【請求項２】
間隙率５〜７０％、厚さ７〜５０μｍの金属箔からなる基材が、金属粉末及び金属繊維からなる群から選ばれた少なくとも一種の原料を加圧して得られるものである請求項１に記載の角型ニッケル−水素電池。
【請求項３】
該金属箔が、主としてニッケルからなり、ニッケル極の電極用基材として用いられるものである請求項１又は２に記載の角型ニッケル−水素電池。
【請求項４】
該金属箔が、主としてニッケル、銅及び鉄から選ばれた少なくとも一種の金属からなり、水素吸蔵合金極の電極用基材として用いられるものである請求項１〜３のいずれかに記載の角型ニッケル−水素電池。
【請求項５】
厚さ0.35ｍｍ以下の電極、及び厚さ0.1ｍｍ以下のセパレータを構成要素とする請求項１〜４のいずれかに記載の角型ニッケル−水素電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角型ニッケル−水素電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用機器、移動用機器などの多くの用途において、各種の二次電池が利用されている。例えば、携帯用、パソコン用等の小形機器用の二次電池としては、主としてニッケル-水素電池とリチウムイオン電池が利用されており、小型の携帯用としては主にリチウムイオン電池が用いられ、高出力用の電源、例えば電動工具、シェーバ、リモコン玩具、掃除機等等の電源としては、主にニッケル-水素電池が用いられている。
【０００３】
これらの二次電池の内で、ニッケル-水素電池は、正極としてニッケル極を用い、負極として水素を吸蔵、放出できる合金を充填した水素極を用いる電池である。かかるニッケル−水素電気における負極としては、主に、パンチングメタルからなる芯材に水素吸蔵合金粉末を含むペーストを塗布し、加圧して得られた電極が用いられている。
【０００４】
一方、正極のニッケル極については、活物質である水酸化ニッケルをコバルト化合物で被覆して導電性を向上させる等の改良がなされているが、それでも負極の活物質である金属と比較すると導電性が不十分である。このため、焼結体や発泡状多孔体に活物質を充填した三次元構造のニッケル極とすることによって、性能の向上、特に高容量化が図られている。
【０００５】
この様なニッケル−水素電池のニッケル極については、コストの点を考慮すると、スクリーン、エキスパンドメタル、パンチングメタルなどの二次元構造の多孔体を基体とすることが望まれる。しかしながら、二次元構造の基材では、利用率の向上や高容量化、高出力化などの要求には十分に対応できない。このため、例えば、パンチングメタル、エキスパンドメタル、発泡状金属多孔体等に導電性粉末と熱可塑性高分子からなる導電層を形成することや（下記特許文献１参照）、電極支持体を波型に加工し、その表面にニッケル、コバルトあるいは両者の混合物からなる微細凹凸層を形成すること等が提案されている（下記特許文献２参照）。更に、改良された焼結式ニッケル極や発泡状ニッケル極等も提案されている（下記特許文献３〜５参照）。
【０００６】
しかしながら、従来のニッケル極では、三次元構造の基体を用いる場合だけでなく、パンチングメタル等の二次元構造の基体を用いる場合であっても、孔の加工部に存在する突起やバリ等によって捲回時に短絡を生じる可能性がある。このために、短絡防止の必要性から、セパレータを十分に薄膜化することができない。現状では正極として焼結体や発泡体を用いることが多いため、セパレータとしては、０．１２ｍｍ程度以上という比較的厚い不織布が用いられている。このため、ニッケル−水素電池では、セパレータの薄膜化による高容量化や高出力化には限界があるのが現状である。
【０００７】
近年注目されている高出力を要する用途として、エンジンと電池で駆動するハイブリッド車用の電池がある。
【０００８】
ハイブリッド車用二次電池としては、例えば、円筒型、角型等のニッケル−水素電池、リチウムイオン電池等が用いられている。これらの内で、製法が簡単であることから、円筒型の電池がまず普及したが、角型構造の電池は、機器の構造上余分な空間を生じないために装置の小型化が可能であり、高出力化、高容量化等に対応し得る角型の二次電池が要望されている。
【０００９】
リチウムイオン電池では、正極及び負極の基材として金属箔を用い、これらの電極とセパレータとの積層体を楕円状に捲回（スパイラル）して電池ケースに挿入する方法によって、角型の電池が作製されている（下記特許文献６〜８等参照）。
【００１０】
一方、ニッケル−水素電池については、リチウムイオン電池で用いられている様な金属箔を電極用基材とすると、利用率や寿命の点で満足のいく特性を発揮できず、基材としては、焼結体や発泡ニッケル体等が用いられている。しかしながら、これらの基材では、バリや突起部の存在が避けられず、リチウムイオン電池のように楕円状に捲回して電池ケースに挿入する方式を採用すると、捲回部(かどの部分)で急激な捲回が行われるために短絡を生じる可能性が高い。
【００１１】
このため、角型ニッケル−水素電池では、捲回構造の電極群を使用することなく、一般の自動車用、産業用等の鉛蓄電池や電気自動車用大容量ニッケル−水素電池のように、裁断した正極と負極とをセパレータを介して積み重ねて電極群を構成する方法が採用されている。
【特許文献１】特開平5-236190号公報
【特許文献２】特開平7-155912号公報
【特許文献３】特開平4-33803号公報
【特許文献４】特開平9-3341139号公報
【特許文献５】特開平9-341140号公報
【特許文献６】特開平8-339817号公報
【特許文献７】特開平8-339818号公報
【特許文献８】特開2000-100467号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、比較的簡易な製法によって製造可能であって、しかも高出力化、高容量化等に対応し得る新規な角型ニッケル−水素電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、金属粉末または金属繊維を加圧して得られる金属箔は、極めて微細な凹凸を有し、間隙率が高いことから、斯かる金属箔を電極用基材として用い、これに活物質を含むペーストを塗布して電極とする場合には、該電極用基材と活物質ペーストとの付着性が向上し、箔の間隙部には電解液が保持されて、活物質の利用率と寿命が向上することを見出した。そして、この様な金属箔は、突起部やバリがないために、捲回構造の電極体とする場合に薄いセパレータを使用しても短絡の発生がなく、円筒状に捲回した後に加圧する方法又は楕円状に捲回する方法によって楕円状の捲回構造の電極群とし、角型電槽に挿入することによって、高出力、高容量化に対応できる角型ニッケル−水素電池が得られることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
【００１４】
即ち、本発明は、下記の角型ニッケル−水素電池を提供するものである。
１．  ニッケル極と水素吸蔵合金極とをセパレータを介して積層した積層体を捲回して得られる捲回構造の電極群を角型の電槽に挿入してなる角型ニッケル−水素電池であって、
該電極群が、該積層体を円柱状に捲回した後加圧して得られるもの、又は該積層体を断面が楕円形の柱状に捲回して得られるものであり、
ニッケル極及び水素吸蔵合金極の一方又は両方が、間隙率５〜７０％、厚さ７〜５０μｍの金属箔を基材とするものである
ことを特徴とする角型ニッケル−水素電池。
２．  間隙率５〜７０％、厚さ７〜５０μｍの金属箔からなる基材が、金属粉末及び金属繊維からなる群から選ばれた少なくとも一種の原料を加圧して得られるものである上記項１に記載の角型ニッケル−水素電池。
３．  該金属箔が、主としてニッケルからなり、ニッケル極の電極用基材として用いられるものである上記項１又は２に記載の角型ニッケル−水素電池。
４．  該金属箔が、主としてニッケル、銅及び鉄から選ばれた少なくとも一種の金属からなり、水素吸蔵合金極の電極用基材として用いられるものである上記項１〜３のいずれかに記載の角型ニッケル−水素電池。
５．  厚さ0.35ｍｍ以下の電極、及び厚さ0.1ｍｍ以下のセパレータを構成要素とする上記項１〜４のいずれかに記載の角型ニッケル−水素電池。
【００１５】
本発明の角型ニッケル−水素電池は、電極用基材として、間隙率５〜７０％、厚さ７〜７０μｍの金属箔を用いるものである。該電極用基材は、ニッケル−水素電池におけるニッケル極及び水素吸蔵金属極のいずれか一方又は両方の電極における電極用基材として用いることができる。
【００１６】
上記条件を満足する金属箔は、例えば、金属粉末及び金属繊維から選ばれた少なくとも一種を原料として、加圧して箔状とすることによって製造することができる。
【００１７】
原料として用いる金属粉末は、一般的には、ジェットミル粉砕などの機械粉砕によって製造することができる。また、酸化物の還元によって製造した金属粉末、カーボニルニッケル、カーボニル鉄なども用いることができる。金属粉末の粒径については、特に限定的ではないが、通常、平均粒径が０．１〜３０μｍ程度であることが好ましく、０．５〜１０μｍ程度であることがより好ましい。この場合、粒径が小さくなると、機械的強度が向上するが、コストが高くなる傾向がある。
【００１８】
金属繊維としては、特に限定的ではないが、長さ１０〜４０μｍ程度、直径１〜５μｍ程度のものが好ましい。この様な金属繊維を用いる場合には、各繊維が互いに連絡して箔を形成でき、しかも各繊維の長さが比較的短いために、これを加圧して平滑化する場合に、バリの発生を防止できる。
【００１９】
金属粉末と金属繊維は、いずれか一方のみ又は両者を混合して原料として用いることができる。特に、金属粉末は、金属繊維と比較してコストが低い点で有利である。
【００２０】
金属箔を構成する金属の種類については、基材の用途によって異なり、ニッケル極の電極用基材として用いる場合には、主としてニッケルからなる金属箔を用いることが好ましく、特に、該基材を構成する金属成分の内で、ニッケルが７０重量％程度以上含まれることが好ましい。その他の金属成分については、特に限定的ではないが、例えば、鉄などの安価な金属成分を用いることができる。
【００２１】
水素吸蔵合金極の電極用基材とする場合には、主としてニッケル、銅及び鉄から選ばれた少なくとも一種の金属からなる金属箔を用いることが好ましい。この場合にも、その他の金属成分が含まれていても良いが、上記した主とする金属成分、即ち、してニッケル、銅及び鉄から選ばれた少なくとも一種の金属は、７０重量％程度以上含まれることが好ましい。
【００２２】
金属箔を製造する方法としては、上記した金属粉末及び／又は金属繊維を原料として用い、加圧して所定の厚さの箔とすればよい。この際の圧力については、特に限定的ではないが、通常、１０〜１０００ＭＰａ程度の圧力とすればよい。
【００２３】
具体的な成形方法としては、例えば、加圧成形、ロール成形などの方法を適用できる。特に、加圧方法として、エンボス加工を行う場合には、型の突起部分で部分的に押さえながら全体を加圧することにより、加圧時の伸長を抑制でき、機械的強度を上げることができる。また、加圧後、例えば、水素、分解アンモニアなどの非酸化性雰囲気中で加熱することによって、機械的強度を上げることが可能である。加熱温度については、例えば、銅を主成分とする金属箔では、４００〜６００℃程度、ニッケル及び鉄の少なくとも一種を主成分とする金属箔では７００〜９００℃程度とすることが好ましい。加熱時間については、特に限定的ではないが、通常、１０分〜６０分程度とすればよい。
【００２４】
上記した方法で得られる金属箔は、金属粉末及び／又は金属繊維を原料とし、これを加圧して得られるために、極めて微細な凹凸部を有し、従来のリチウムイオン電池の電極基材として用いられている金属箔と比較すると、非常に間隙率が大きい材料である。本発明で用いる金属箔は、間隙率が５〜７０％程度であることが必要であり、１０〜５５％程度であることが好ましい。この様な間隙率を有するこによって、該電極用基材と活物質ペーストとの付着性が向上し、金属箔の間隙部には電解液が保持されて、活物質の利用率と電極寿命が向上する。これに対して、間隙率が低すぎると、上記した効果が十分には発揮されず、一方、間隙率が高すぎると機械的強度、導電性などが不足するので好ましくない。
【００２５】
尚、本願明細書では、間隙率は、下記式に示す通り、マイクロメーターで測定した金属箔の厚さから求めた見掛けの体積と金属の比重の積から算出した重量（計算重量）と、実際の金属箔の重量（測定重量）との差を、計算重量で割った値である。
【００２６】
間隙率（％）＝（計算重量―測定重量）×１００／計算重量
本発明で用いる金属箔の厚さは、７〜５０μｍ程度であることが必要であり、１５〜３０μｍ程度であることが好ましい。金属箔が薄すぎる場合には、機械的強度、導電性などが不足しやすく、一方、金属箔が厚すぎると電極に占める基材の割合が大きくなって容量密度が低下するので好ましくない。
【００２７】
本発明の角型ニッケル−水素電池で用いる電極は、上記した間隙率５〜７０％、厚さ７〜７０μｍの金属箔を基材として用い、これに活物質を含むペーストを塗着させて得られるものである。この様な電極は、捲回構造としてもバリの発生がないために、膜厚の薄いセパレータを用いる場合であっても、短絡が生じることがない。従って、楕円状に捲回した構造とする場合に、捲回部(かどの部分)等の急激な捲回が行われる部分についても短絡を生じることがなく、膜厚の薄いセパレータを用いて高出力、高容量の電極とすることができる。
【００２８】
上記した金属箔を基材とする電極は、ニッケル−水素電池におけるニッケル極及び水素吸蔵金属極のいずれか一方又は両方として用いることができる。特に、ニッケル極及び水素吸蔵の両極について、上記した金属箔を電極用基材とする場合には、両極ともバリの発生が無いために膜厚の薄いセパレータ−を用いて高容量、高出力の電池とすることができ、更に、活物質の剥離が生じ難く、長寿命の電池とすることができる。
【００２９】
活物質を含むペーストの組成については特に限定的ではなく、電極の種類に応じて、通常使用されている活物質を含むペーストを用いればよい。この様なペーストは、電極の種類によって異なるが、通常、活物質、導電剤、増粘剤、バインダー、溶媒などを含有するものである。
【００３０】
例えば、ニッケル極では、活物質としては、通常、水酸化ニッケルを用いるが、特に、水酸化コバルト等のコバルト化合物で表面を被覆した水酸化ニッケルを用いることが好ましい。コバルト化合物で表面を被覆した水酸化ニッケルは、導電性が良好で、利用率や放電率も優れていることから、これを活物質とすることによって、電極を薄くしても、良好な特性のニッケル極とすることができる。
【００３１】
バインダーとしても、電極の種類に応じて公知のバインダーを用いればよい。具体的には、耐アルカリ性、耐酸化性、結着性等に優れ、有害な化合物を発生することがないこと等の条件を満足するバインダーを適宜選択して用いればよい。例えば、ニッケル極のバインダーとしては公知のバインダーを用いることができるが、特に、ポリオレフィンが、性能と寿命の何れにも優れている点で好ましい。ポリオレフィンは、単独で用いる他に、フッ素樹脂と併用しても良い。
【００３２】
また、エマルジョンやディスパージョン状のバインダーではなく、溶液状のバインダー、例えば、ポリフッ化ビニリデンのＮ−メチルピロリドン溶液などを用いる場合には、一部のバインダー溶液が電極用基材の間隙部に浸入して、活物質と基材との結着性が向上して長寿命の電極とすることができる。
【００３３】
活物質を含むペーストを上記した金属箔に塗着させる方法については、特に限定は無く、ペースト式電極を作製するための公知の方法を適宜適用できる。例えば、金属箔にペーストを塗布した後、乾燥し、必要に応じて、所定の厚さとなるまで加圧し、乾燥することによって目的とする電極を得ることができる。
【００３４】
電極の厚さについては、０．３５ｍｍ程度以下とすることが好ましい。該電極は、上記した金属箔を電極用基材として用いることによって、非常に薄い厚さであっても、活物質ペーストの付着性が良好であり、十分な活物質の利用率と寿命を有するものとなる。その結果、０．３５ｍｍ程度以下という非常に薄い電極とすることができ、これによりニッケル−水素電池の高出力化、高容量化が可能となる。
【００３５】
本発明の角型水素−ニッケル電池では、上記した特定の金属箔を電極用基材として用いることにより、捲回構造の電極としてもバリの発生が無く、膜厚の薄いセパレータを用いて、電極群を捲回して捲回構造の電極群とする場合であっても、短絡することがない。この場合、特に、厚さ0.1ｍｍ程度以下、好ましくは0.04〜0.08ｍｍ程度という膜厚の薄いセパレータを用いることによって、捲回式の電極を用いた角型で高容量、高出力のニッケル−水素電池とすることができる。セパレータの材質としては、通常、ポリエチレンやポリプロピレン等が用いられる。また、特開2002-063889号公報に開示されている最適厚さが10〜100μmの親水部を設けた薄型セパレータも好適に用いることができる。
【００３６】
本発明の角型ニッケル−水素電池は、ニッケル極と水素吸蔵合金極とをセパレータを介して積層した積層体を捲回して得られる断面が楕円形の捲回構造の電極群を角型の電槽に挿入してなるものである。
【００３７】
この様な捲回構造の電極群としては、該積層体を円柱状に捲回した後加圧したもの、該積層体を断面が楕円形である柱状に捲回したもの等を用いることができる。
【００３８】
該積層体を円柱状に捲回した後加圧して電極群を形成する方法としては、例えば、まず、断面が真円状の捲芯具にセパレータを挟持させた状態のまま捲き付けて捲芯部を形成し、帯状の正極と負極をセパレータを介した状態で積層し、この積層体をコイル状に捲回し、それらの外周を余剰のセパレータで包み込んだ状態で固定して断面が真円状の筒状電極群を構成する。次いで、この円筒状電極群を、両面から加圧して断面が非円形つまり楕円状の電極群を構成する。この様な方法によって、本発明の角型ニッケル−水素電池で用いる断面が楕円形の捲回構造の電極群を得ることができる。加圧条件については、特に限定的ではなく、使用する角型電槽の形状に応じて、挿入可能な楕円形状とすればよく、圧力については、例えば、１〜１０ｋｇ／ｃｍ２程度とすればよい。
【００３９】
また、該積層体を断面が楕円形である柱状に捲回して電極群を形成するには、断面が楕円状の捲芯具にセパレータを挟持させた状態のまま捲き付けて捲芯部を形成し、正極と負極をセパレータを介した状態で積層し、この積層体をコイル状に捲回し、それらの外周を余剰のセパレータで包み込んだ状態で固定することによって、断面が楕円形の電極群を得ることができる。
【００４０】
本発明の角型電池は、上記した捲回構造の電極群を角型電槽に挿入し、該電槽中に電解液を充填してなるものである。
【００４１】
角型電槽としては、特に限定はなく、公知のニッケル水素電池で用いられている各種の角型の電槽を用いることができる。例えば、ニッケルめっきを施した鉄などの金属製の容器やプラスチックス製の容器等を用いることができる。
【００４２】
電解液についても、ニッケル−水素電池において通常用いられている電解液を用いることができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の角型ニッケル−水素電池は、微細な凹凸構造を有する金属箔を電極用基材として用いるものである。この様な金属箔を電極用基材とすることにより、捲回構造の電極体とする場合に薄いセパレータを使用しても短絡の発生がない。このため、セパレータを介してニッケル極と水素吸蔵電極を積層した積層体を楕円状の捲回構造の電極群とし、これを角型電槽に挿入することにより、簡単な製造方法によって、高出力、高容量の角型ニッケル−水素電池を得ることができる。
【００４４】
また、該金属箔は、活物質ペーストの付着性が良好であり、基材の間隙部には電解液を十分に保持できるため、本発明の角型ニッケル−水素電池は、活物質の利用率が高く、長寿命を有するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
【００４６】
実施例１
平均粒径10μｍのカーボニルニッケル粉末70重量部と、ジェットミルで粉砕して得られた平均粒径5μｍのニッケル粉末30重量部を十分に混合し、微細な凹凸を有するロールを用いて、約250ＭＰａで加圧してエンボス加工を行い、ニッケル箔を得た。このニッケル箔は、外観上は通常のニッケル箔と同様であり、捲回時にセパレータを貫通するような凹凸やバリなどを含まないものであった。
【００４７】
得られたニッケル箔の厚さをマイクロメーターで計測した結果、平均50μmであった。
この測定値より求めたニッケル箔の体積とニッケルの比重8.845の積よりニッケル重量の計算値を求め、更に、ニッケル箔の重量を実測して、ニッケル箔の見掛けの間隙率を求めた。その結果、上記したニッケル箔の間隙率は48％であり、極めて微細な凹凸と間隙を有するものであることが確認できた。尚、ニッケル箔の単位面積あたりの重量は215ｇ／ｍ２であった。
【００４８】
4.5重量％相当のオキシ水酸化コバルトで表面を被覆した水酸化ニッケル粉末を正極用活物質として用い、この活物質92重量部に、水酸化コバルト粉末4重量部、カルボキシメチルセルロース水溶液0.19重量部、ポリプロピレンエマルジョンをポリプロピレン量として1.8重量部、及びフッ素樹脂ディスパージョンをフッ素樹脂量として1.2重量部加えて、活物質を含むペーストを得た。
【００４９】
この様にして得られた活物質を含むペーストを、上記したニッケル箔にドクターナイフ法によって片面ずつ塗布した。その後乾燥し、ローラープレスで加圧して厚さを平均0.28ｍｍとし、110℃20分間乾燥してペースト式ニッケル極を得た。このようにして得られたニッケル極をニッケル極aとする。ニッケル極ａの大きさは、幅81.0mm、長さ680mmとした。この大きさで水酸化ニッケルの充填量から求めた計算容量は6.8Ahであった。
【００５０】
一方、比較のために、二次元構造で開孔度45％のニッケルめっきした鉄からなるパンチングメタル（厚さ８０μｍ）を基材として用い、これに上記したものと同一の活物質ペーストを塗着させ、鋼製部材を用いて形成された間隔0.42ｍｍのスリット間を通過させて、ペーストを平滑化した。乾燥後、ローラープレスで加圧して厚さを平均0.28ｍｍとしてニッケル極を得た。このようにしてして得られたニッケル極をニッケル極ｂとする。
【００５１】
更に、汎用の発泡状ニッケル極について、活物質充填前に厚さを調整し、出来上がった発泡状ニッケル極の厚さを0.28ｍｍにしてニッケル極を得た。このニッケル極をニッケル極ｃとする。ニッケル極ｂ、ニッケル極ｃともに、電極の大きさは、ニッケル極aと同じであり、計算容量もほぼ同じである。
【００５２】
負極に用いる水素吸蔵合金としては、ＡＢ5系合金、すなわちＭｍＮｉ系合金にＡｌ、Ｍｎ及びＣｏを加えた公知の5元系水素吸蔵合金であるＭｍＮｉＣｏＡｌＭｎ合金を用いた。負極用基材としては、ニッケル極ａの基材と同様にして、ニッケル粉末を加圧後加熱して得られた厚さ40μｍ、見掛けの間隙率45％のニッケル箔を用いた。この基材に、上記水素吸蔵合金99.7重量部にカルボキシメチルセルロース水溶液を0.３重量部加えて得られたペーストを、ニッケル極ａと同様の方法で塗着させ、ローラープレスで加圧して厚さを0.21ｍｍとして、負極を作製した。
【００５３】
この負極の実際の容量は正極容量に対して170％とし、大きさは、幅80.5ｍｍ、長さ31ｍｍ、厚さ0.21ｍｍとした。計算容量は11.4Ahである。これを水素吸蔵合金極a´とする。
【００５４】
比較として、厚さ40μm、開孔度50％のパンチングメタルに水素吸蔵合金極a´と同じ組成の負極ペーストを塗着させた後、加圧して水素吸蔵合金負極を作製した。これを水素吸蔵合金極b´とする。
【００５５】
これらの電極を下記の方法で捲回して、断面が楕円形である柱状の電極群を作製した。セパレータとしては、厚さ0.09ｍｍの親水処理を施したポリプロピレン製不織布を用いた。
【００５６】
まず、断面が真円状の捲芯具にセパレータを挟持させた状態のまま捲き付けて捲芯部を形成し、各１枚の帯状の正極と負極とをセパレータを介した状態でコイル状に捲回し、それらの外周を余剰のセパレータで包み込んだ状態で固定して断面が真円状の筒状電極群を構成した。この円筒状電極群を、両面から角型電槽に挿入するために加圧して断面が非円形つまり楕円状の電極群を構成した。この様にして得られた捲回構造の電極群の断面図を図１に示す。図１では、セパレータ３を介して各１枚の帯状の正極１と負極２とが折り畳まれるように捲回されて電極群4が構成されている。
【００５７】
上記した方法で得られた捲回構造の電極群を角型電槽に挿入し、該電槽に、電解液として、30％の水酸化カリウム水溶液に25ｇ/リットルの水酸化リチウムを溶解した水溶液を添加し、公知のタブレス方式でリードを取出し角型ニッケル−水素電池を作製した。
【００５８】
ニッケル極aと水素吸蔵合金極a´を用いて得られた電池を電池Ａとする。また、比較例として、ニッケル極bと水素吸蔵合金負極b´を用いて得られた電池を電池Ｂ、ニッケル極cと水素吸蔵合金負極b´を用いて得られた電池を電池Ｃとする。ただし、電池Ｂについては、200セル製造したところ、うち8セルに微小短絡が認められたので、微小短絡を防ぐために、厚さ0.14ｍｍの同じ組成のセパレータに変更した。電池Ｃについては、200セル製造したところ、うち50セルに微小短絡が認められたので、微小短絡を防ぐために厚さ0.18ｍｍの同じ組成のセパレータに変更した。
【００５９】
この様にして得られた電池Ａ、Ｂ、Ｃについて、0.1Ｃで容量の150％充電、0.1Ｃで終止電圧0.9Ｖまでの放電を3回繰り返して化成処理とした。その後、各電池の完全充電での0.1Ｃ放電における容量を調べた結果、電池Ａが6.56Ａｈ、電池Ｂが6.21Ａｈ、電池Ｃが6.02Ａｈであった。電池Ｂ及びＣについては、セパレータを厚くしたのでそれに応じて電極を短くしているので容量は若干少ない結果であった。
【００６０】
次いで、１ＣのΔV-5ｍV方式による充電と、１Ｃで終止電圧0.95Vまでの放電からなる充放電サイクルを周囲温度35℃で繰り返した。40サイクル付近で行った各放電電流における放電容量の測定結果を表1に示す。この放電前の充電は、放電容量の120％とし、周囲温度は同じ35℃とした。なお、放電電流10Ａまでは0.95Ｖ、それ以上の放電電流では0.8Ｖを終止電圧とした。
【００６１】
【表１】
2005235421.tif 000003
表1から明らかなように、ニッケル極ａと水素吸蔵合金極a´を用いた本発明の電池Ａは、特に大電流放電において優れた利用率を示すことがわかる。
【００６２】
一方、電池Ｂについては、放電電流の増加とともに容量が大きく低下した。電池Ｃはセパレータが厚く、正極負極の極間距離が大きいために、同じ終止電圧では、電池Ａと比較して放電電流が大きい場合に容量低下が大きくなった。
【００６３】
次いで、電池Ａ、Ｂ、Ｃについて、放電電流と放電平均電圧(中間値)の関係を下記表2に示す。この場合の測定前の充電は、周囲温度35℃において放電容量の125％まで行い、測定は、60サイクル付近で行った。
【００６４】
【表２】
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表２から明らかなように、電池Ａは、各放電電流において、電池Ｂ及び電池Cよりも高い放電電圧を示し、高出力特性に優れていることがわかる。一方、汎用のパンチングメタルを電極基材とした電池Ｂは活物質の利用率が低いために電圧特性が劣り、電池Ｃは極間距離が大きいために高放電電流における電圧低下が大きくなった。
【００６５】
次に、1ＣのΔV-5ｍV方式による充電と、1Ｃで終止電圧0.95Vの放電からなる充放電サイクルを周囲温度45℃で繰り返して、各電池の寿命を調べた。
【００６６】
サイクル数と容量維持率の関係を下記表3に示す。容量維持率は、10サイクルでの容量を100とした場合の各サイクル数における容量で表す。
【００６７】
【表３】
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以上の結果から明らかなように、ニッケル極ａと水素吸蔵合金極a´を用いた電池Ａは、電池Ｂよりもはるかに長寿命であり、高価な発泡状ニッケル極と同程度の寿命を有するものであった。
【００６８】
この結果については、電池Ｂで用いるニッケル極ｂは、パンチングメタル基材を用いているために活物質層と基材との距離が大きい部分があり、導電性の点で劣り、また活物質が脱落しやすいのに対して、ニッケル極ａは、基材面に大きな孔が無く、活物質と基材との接触度が高く、導電性に優れ、活物質の脱落が抑制されていること等が主な理由であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】捲回構造の電極群の断面図。
【符号の説明】
【００７０】
１  正極、    ２  負極、  ３  セパレータ、  ４  電極群
【図１】
2005235421.tif 000006