(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化ニッケルを含む正極と水素吸蔵合金を含む負極とを備えるニッケル水素蓄電池の製造方法であって、
前記正極、前記負極、セパレータおよび電解液をケースに封入して電池を組み立てる第１の工程と、
前記電池を０．０５Ｃ〜０．２Ｃの範囲内の電流でＳＯＣ（充電状態）が１０％〜３０％になるまで充電する第２の工程と、
前記第２の工程を経た前記電池を０．２Ｃ〜１Ｃの範囲内の電流で過充電したのち、ＳＯＣが１０％以下になるまで放電する第３の工程と、
前記第３の工程を経た前記電池を、０．２Ｃ〜５Ｃの範囲内の電流でＳＯＣが６０％〜９５％になるまで充電したのち、電池電圧が０．７０Ｖ〜１．０５Ｖになるまで放電を行う充放電サイクルを複数回繰り返す第４の工程とを含み、
前記第４の工程の際に、前記電池を３０℃〜６０℃の冷媒で冷却することを特徴とするニッケル水素蓄電池の製造方法。
【請求項２】
前記第４の工程において、前記充放電サイクルを５回〜６０回の範囲内で行う請求項１に記載のニッケル水素蓄電池の製造方法。
【請求項３】
前記第４の工程において、前記電池を３０℃〜４５℃の冷媒で冷却する請求項１または２に記載のニッケル水素蓄電池の製造方法。
【請求項４】
前記冷媒は水である請求項１ないし３のいずれかに記載のニッケル水素蓄電池の製造方法。
【請求項５】
前記第４の工程において、冷却用の治具を用いて前記電池を冷却する請求項１ないし４のいずれかに記載のニッケル水素蓄電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素吸蔵合金を用いたニッケル水素蓄電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アルカリ蓄電池は、ポータブル機器や携帯機器などの電源として、また電気自動車やハイブリッド電気自動車等に至る移動用電源として注目されており、従来にも増して高性能化が要請されている。特にニッケル・水素蓄電池は、水酸化ニッケルを主体とした活物質からなる正極と、水素吸蔵合金を主材料とした負極とを備える二次電池であり、エネルギー密度が高く、信頼性に優れた二次電池として急速に普及している。
【０００３】
上記ニッケル水素二次電池では、電池組立直後における水素吸蔵合金の活性が低いため、初期の電池出力が低くなるという問題がある。この問題を解決するため、電池組立後に、水素吸蔵合金を活性化する方法が提案されている。
【０００４】
たとえば、電池組立後に、水素吸蔵合金が水素を吸蔵した状態で半日から５日間放置（エージング）する方法が報告されている（特開平１−２６７９６６号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、エージングに長期間を要するため、生産性を向上させることができないという問題があった。
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できるニッケル水素蓄電池の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法は、水酸化ニッケルを含む正極と水素吸蔵合金を含む負極とを備えるニッケル水素蓄電池の製造方法であって、正極、負極、セパレータおよび電解液をケースに封入して電池を組み立てる第１の工程と、電池を０．０５Ｃ〜０．２Ｃ（ここで、１Ｃ＝（電池の定格容量／１時間）の電流値）の範囲内の電流でＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：充電状態。標準容量に対する充電量の割合である。）が１０％〜３０％になるまで充電する第２の工程と、第２の工程を経た電池を０．２Ｃ〜１Ｃの範囲内の電流で過充電したのち、ＳＯＣが１０％以下になるまで放電する第３の工程と、第３の工程を経た電池を、０．２Ｃ〜５Ｃの範囲内の電流でＳＯＣが６０％〜９５％になるまで充電したのち、電池電圧が０．７０Ｖ〜１．０５Ｖになるまで放電を行う充放電サイクルを複数回繰り返す第４の工程とを含み、第４の工程の際に、電池を３０℃〜６０℃の冷媒で冷却することを特徴とする。上記製造方法によれば、エージングをすることなく、電池を活性化できるため、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できる。
【０００８】
上記製造方法では、第４の工程において、充放電サイクルを５回〜６０回の範囲内で行うことが好ましい。上記構成によれば、活性化が十分に進んだニッケル水素蓄電池を製造できる。
【０００９】
上記製造方法では、第４の工程において、電池を３０℃〜４５℃の冷媒で冷却することが好ましい。上記構成によれば、樹脂製のケースを用いることができる。
【００１０】
上記製造方法では、冷媒は水であることが好ましい。水は、上記冷媒温度範囲での管理が容易であり、冷媒としても安価であるためである。
【００１１】
上記製造方法では、上記第４の工程において、冷却用の治具を用いて電池を冷却することが好ましい。上記構成によれば、電池を容易に冷却することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法では、まず、正極、負極、セパレータおよび電解液をケースに封入して電池を組み立てる（第１の工程）。上記第１の工程において、正極、負極、セパレータ、電解液およびケースには、ニッケル水素蓄電池に一般に用いられるものを使用できる。具体的には、正極として、たとえば、水酸化ニッケルを主成分とする活物質を充填した発泡ニッケルを用いることができる。負極としては、たとえば、Ｍｍ（ミッシュメタル）、ニッケル、アルミニウム、コバルトおよびマンガンを含む水素吸蔵合金を用いることができる。セパレータとしては、たとえば、スルホン化したポリプロピレンセパレータを用いることができる。電解液としては、水酸化カリウムを主成分とするアルカリ水溶液を用いることができる。なお、複数の単電池を組み合わせたモジュール電池についても同様である。
【００１４】
その後、組み立てた電池を、０．０５Ｃ〜０．２Ｃの範囲内の電流でＳＯＣが１０％〜３０％になるまで充電する（第２の工程）。
【００１５】
その後、第２の工程を経た電池を、０．２Ｃ〜１Ｃの範囲内の電流で過充電したのち、ＳＯＣが１０％以下（好ましくは５％〜０％）になるまで放電する（第３の工程）。過充電の際には、ＳＯＣが１００％〜１３０％になるまで充電することが好ましい。また、上記第３の工程における充放電は、３０℃〜４５℃の冷媒で冷却しながら行うことが好ましい。
【００１６】
その後、第３の工程を経た電池を、０．２Ｃ〜５Ｃ（好ましくは、１Ｃ〜４Ｃ）の範囲内の電流でＳＯＣが６０％〜９５％（好ましくは、８０％〜９０％）になるまで充電したのち、電池電圧が０．７０Ｖ〜１．０５Ｖ（好ましくは、０．９０Ｖ〜１．００Ｖ）になるまで放電を行う充放電サイクルを複数回（好ましくは、５回〜６０回の範囲内）繰り返す（第４の工程）。そして、第４の工程において上記電池を充放電する際に、上記電池は３０℃〜６０℃の冷媒で冷却される。このとき、３０℃〜４５℃の冷媒で冷却することが特に好ましい。
【００１７】
上記冷媒には、水やエチレングリコール、シリコンオイルなど、様々な冷媒を用いることができる。なお、電池を冷媒で冷却する際には、冷却用の治具を用いて冷却することが好ましい。冷却用の治具は、アルミニウムなどの熱伝導性が高い材質からなることが好ましい。
【００１８】
このように、本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法は、上記第１から第４の工程を含む。上記第２の工程によって、正極中に含まれているコバルトや水酸化コバルトをオキシ水酸化コバルトに酸化することができ、正極活物質間の電気的ネットワークを形成すると同時に、負極の充電を行い過放電時の転極を防止する放電リザーブを負極に形成する。また、上記第３の工程によって、十分に活性化されていない初期の正極中の活物質を効率よく活性化することができる。また、上記第４の工程によって、比較的短時間で負極中の活物質を活性化することができる。
【００１９】
上記本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法によれば、エージングすることなく水素吸蔵合金を活性化できるため、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できる。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２１】
まず、本実施例で製造されたニッケル水素蓄電池について説明する。実施例１では、複数の単電池（ニッケル水素蓄電池）を連結したモジュール電池１０を作製した。
【００２２】
モジュール電池１０の上面図および側面図を、それぞれ図１（ａ）および（ｂ）に模式的に示す。また、モジュール電池１０の垂直方向の断面図を図２に模式的に示す。
【００２３】
図１を参照して、モジュール電池１０は、一体電槽１１と蓋２０とを含むケース３０を備える。一体電槽１１の側面には、正極端子１２と負極端子１３とが形成されている。蓋２０には、安全弁２１と、内部の温度を検出するためのセンサを装着するセンサ装着孔２２とが形成されている。なお、一体電槽１１および蓋２０は、その表面に使用時における放熱性を高めるための凹凸を備えるが、図１および図２では図示を省略している。
【００２４】
一体電槽１１は、ポリプロピレンとポリエチレンとからなり、内部に形成された仕切り１１ａを備える。すなわち、一体電槽１１は、仕切り１１ａによって、複数の電槽１１ｂに区切られている。それぞれの電槽１１ｂには、極板群１４と電解液（図示せず）とが封入されている。
【００２５】
仕切り１１ａは、上方に開口部を備える。各電槽１１ｂに収納された極板群１４の集電体１５（ハッチング省略）と、隣接する極板群１４の集電体１６（ハッチング省略）とは、開口部に配置された接続金具１７によって電気的に接続されている。両端に位置する接続金具１７は、正極端子１２と負極端子１３とに接続されている。
【００２６】
安全弁２１は、一体電槽１１内の内部圧力が閾値以上になったときに、内部圧力が閾値以下になるまで内部のガスを放出するための弁である。なお、蓋２０には、隣接する電槽１１ｂを接続する貫通孔（図示せず）が形成されており、各電槽１１ｂの内圧は略等しい。
【００２７】
極板群１４の水平方向の断面図を図３に模式的に示す。図３を参照して、極板群１４は、交互に配置された正極３１および負極３２と、袋状のセパレータ３３と、集電体１５および１６とを備える。正極３１は袋状のセパレータ３３（ハッチング省略）に挿入されている。正極３１は集電体１５に溶接されており、負極３２は集電体１６に溶接されている。また、極板群１４の側面には、外周セパレータ３４（ハッチング省略）が配置されている。
【００２８】
このように、モジュール電池１０は、極板群１４を備える単電池が６セル直列接続されたものである。
【００２９】
以下に、モジュール電池１０の製造方法について説明する。
【００３０】
正極３１は、発泡ニッケルに正極活物質ペーストを充填したのち、乾燥、圧延、切断することによって作製した。正極活物質には、水酸化ニッケル、金属コバルト、および水酸化コバルトを用いた。また、負極３２は、ニッケルからなるパンチングメタルに負極構成材料からなるペーストを塗布したのち、乾燥、圧延、切断することによって作製した。負極構成材料には、ＡＢ5系水素吸蔵合金（組成がＭｍＮｉ3.55Ｍｎ0.4Ａｌ0.3Ｃｏ0.75）を用いた。セパレータ３３には、スルホン化処理したポリプロピレンを用いた。また、電解液には、水酸化カリウムを主成分とした電解液を用いた。
【００３１】
上記正極３１を袋状のセパレータ３３に挿入し、正極３１と負極３２とを交互に積層した。そして、正極３１を集電体１５に溶接し、負極３２を集電体１６に溶接することによって、極板群１４を形成した。この極板群１４を各電槽１１ｂに挿入し、接続金具１７によって隣接する極板群１４を直列接続した。その後、電解液を注液し、蓋２０によって一体電槽１１を封口した。このようにして、定格容量６．５Ａｈのモジュール電池１０を組み立てた。
【００３２】
上記モジュール電池１０について、０．０８Ｃ（１Ｃ＝６．５Ａ）相当の電流で、２時間充電を行った。この充電によって、正極３１に含まれているＣｏやＣｏ（ＯＨ）2をＣｏＯＯＨにまで酸化すると同時に負極を還元し、放電リザーブを形成した。
【００３３】
続いて、初期充放電を行った。具体的には、まず、０．５Ｃ相当の電流でＳＯＣが１１０％相当になるまで充電したのち、０．５Ｃ相当の電流でＳＯＣが０％相当になるまで放電した。この初期充放電によって、正極３１に含まれている水酸化ニッケルをオキシ水酸化ニッケルにまで酸化したのち、再び水酸化ニッケルに還元し、活性化を高めた。
【００３４】
その後、図４に示すように、初期充放電が終了したモジュール電池１０をアルミニウム製の冷却治具４１に装着した。冷却治具４１は、コの字状の形状をしており、その側部には、貫通孔４１ａを備える。冷却治具４１の側部上面４１ｂは、正極端子１２および負極端子１３に触れないような位置に形成した。冷却治具４１はコの字状であるため、モジュール電池１０の着脱が容易である。なお、冷却治具１０は、モジュール電池１０と接する面にモジュール電池１０の表面の凹凸形状と嵌合するような凹凸形状を備えることが好ましい。
【００３５】
その後、図５に示すように、モジュール電池１０が装着された複数の冷却治具４１を連結した。このとき、冷却治具４１の側部に設けられた貫通孔４１ａにボルト５１を通すことによって容易に固定できた。また、連結された冷却治具４１の一方の端には、エンドプレート５２を配置した。なお、活性化充放電の際に、モジュール電池１０が若干膨張するため、冷却治具４１のサイズは、膨張分を考慮したサイズとした。
【００３６】
その後、連結した冷却治具４１を水槽に入れ、３７℃の流水（冷媒）によって冷却治具４１およびモジュール電池１０を冷却した。この際、流水は、モジュール電池１０の正極端子１２および負極端子１３に接触しない高さで、かつ冷却治具４１の側部上面４１ｂを覆う高さにコントロールした。流水の流速は、３０Ｌ／分（３００００ｃｍ3／分）とした。
【００３７】
そして、流水を流したままの状態で、４Ｃ相当の電流でＳＯＣが９０％になるまで充電し、４Ｃ相当の電流でＳＯＣが０％になるまで放電を行う充放電サイクルを２０回繰り返した。この際、センサ装着孔２２に装着したセンサで測定したモジュール電池１０の内部温度は、５０℃まで上昇した。
【００３８】
このようにして、モジュール電池１０の活性化が終了した。上記方法による活性化に要したトータルの時間は１２時間であった。一方、比較例として、活性化の方法を変えて以下のように電池を作製した。まず、上記実施例と同様の構成からなる定格容量６．５Ａｈのモジュール電池１０を組み立て、０．０８Ｃ相当の電流で２時間充電を行った。次いで、上記実施例と同様に、０．５Ｃ相当の電流でＳＯＣが１１０％になるまで充電したのち、０．５Ｃ相当の電流でＳＯＣが０％相当になるまで放電した。その後、４５℃で３日間エージングを行ってモジュール電池の活性化を終了した。この比較例による活性化方法によっても、上記実施例の電池と同程度の出力を得ることができたが、活性化に７４時間を要した。
【００３９】
このように、本発明の製造方法を用いることによって、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できた。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用することができる。
【００４１】
たとえば、本発明の製造方法は、上記実施例で説明した電池を製造する方法に限定されない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法によれば、短時間で電池の活性化を行うことができるため、生産性よく安価にニッケル水素蓄電池を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のニッケル水素蓄電池で製造されたニッケル水素蓄電池の一例を示す（ａ）上面図および（ｂ）側面図である。
【図２】  図１に示したニッケル水素蓄電池の垂直方向断面図である。
【図３】  図１に示したニッケル水素蓄電池の極板群の水平方向断面図である。
【図４】  本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法について一工程の一例を示す斜視図である。
【図５】  本発明のニッケル水素蓄電池の製造方法について一工程の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１０  モジュール電池
１１  一体電槽
１１ｂ  電槽
１２  正極端子
１３  負極端子
１４  極板群
３０  ケース
３１  正極
３２  負極
３３  セパレータ
４１  冷却治具
【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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