(57)【要約】    【課題】  正極にニッケル極を有するアルカリ蓄電池を急速充電させる際に、電池温度が上昇して酸素発生反応が生じるのを抑制し、該アルカリ蓄電池を簡易な構成で効率よく急速充電できるようにする。    【解決手段】  正極にニッケル極を有するアルカリ蓄電池用のアルカリ蓄電池用急速充電器において、該アルカリ蓄電池の外周表面を覆う金属部材と、該金属部材の内側に配置された該アルカリ蓄電池と該金属部材との隙間より厚く且つ弾性を有する熱伝導シートとを用いることによって、充電時の電池を効率よく冷却するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極にニッケル極を有するアルカリ蓄電池用のアルカリ蓄電池用急速充電器において、該アルカリ蓄電池の外側面を覆う金属部材と、該金属部材の内側面に配置された該アルカリ蓄電池と該金属部材との隙間より厚く且つ弾性を有する熱伝導シートとを備えることを特徴とするアルカリ蓄電池用急速充電器。
【請求項２】
前記金属部材が銅、アルミニウム、ニッケルより選ばれる金属であることを特徴とする請求項1記載のアルカリ蓄電池用急速充電器。
【請求項３】
前記熱伝導シートがシリコンゴムシートであることを特徴とする請求項1記載のアルカリ蓄電池用急速充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極にニッケル極を有するアルカリ蓄電池用のアルカリ蓄電池用急速充電器に係り、特に充電時におけるアルカリ蓄電池の放熱性を改善し充電効率を向上させるようにした点に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、正極にニッケル極を有するアルカリ蓄電池を充電する際は、充電電流値を大きくして急速で充電させている。
【０００３】
しかし、上記のような急速充電の場合、電池の温度上昇が起こり、正極に用いたニッケル極において式１で表される酸素発生反応が起こり易くなる。その結果、充電電流がその酸素発生反応によって消費される。また、発生した酸素は式２で表される反応によって負極上で吸収され、その吸収反応に伴う発熱が、充電効率を更に低下させるといった問題があった。
【０００４】
（式１）OH-→ 1/4O2 + 1/2H2O + e-
（式２）1/4O2+ MH → M + 1/2H2O    （Ｍ：水素吸蔵合金）
【０００５】
そこで近年において上記の問題を解決するために、電池温度が所定温度に達するまで大電流で充電し、その後、電池温度を保つようにして電流値を制御させながら充電する方法（下記特許文献１参照）や、空冷法、または冷媒を用いた冷却により電池温度の上昇を抑制しながら充電する方法（下記特許文献２参照）が提案されている。
【０００６】
しかしながら電流値を制御する方法の場合、温度の上昇に伴って電流値を下げるため、充電時間が長くなるという問題があった。また空冷法の場合は、送風機が必要となり装置の巨大化、及び可動部のメンテナンス等の問題があった。自然空冷法の場合は冷却能力が低いことは言うまでもない。冷媒を用いた冷却の場合は、電池から冷媒への熱伝導が十分でなく、冷却能力に問題があった。
【特許文献１】特開平6-52899
【特許文献２】特開2004-208470
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、正極にニッケル極を有するアルカリ蓄電池を急速充電させる際に、電池温度が上昇して酸素発生反応が起こるのを抑制し、該アルカリ蓄電池を簡易な構成で効率よく急速充電することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、正極にニッケル極を有するアルカリ蓄電池用のアルカリ蓄電池用急速充電器において、該アルカリ蓄電池の外側面を覆う金属部材と、該金属部材の内側面に配置された該アルカリ蓄電池と該金属部材との隙間より厚く且つ弾性を有する熱伝導シートとを備えることを特徴としている。
【０００９】
上記金属部材の材質は熱伝導性やコスト面を考慮に入れ、銅、アルミニウム及びニッケルを使用することが好ましい。金属部材が小さいと金属部材全体としての熱容量が小さくなるため、電池、熱伝導シート、及び金属部材との境界での温度勾配が小さくなり、冷却能力が低下する。そのため、充電終了時の電池表面温度と金属部材の外表面温度との間に15℃以上の温度差ができるように、金属部材の大きさを調整したり、放熱フィンを設けて形状を工夫することが好ましい。
【００１０】
上記アルカリ蓄電池用急速充電器では、電池から発生した熱は、熱伝導シートを介して金属部材に伝えらる。この時、電池から発生した熱を効率よく金属部材に伝えるためには、熱伝導シートが電池及び金属部材と密着していなければならない。このため熱伝導シートは電池と金属部材との間の隙間より厚く且つ弾性を有することが必要である。
【００１１】
上記熱伝導シートは電池と金属部材との隙間部の低い熱伝導性を解消するものであり、金属部材と比べると熱伝導シートの熱伝導性は低い。従って熱伝導シートの厚みは、熱伝導シートの耐久性が保たれる程度に薄い方が良く、好ましくは5mm以下が良い。
【００１２】
また、熱伝導シートは耐熱性、耐久性、及び熱伝導性の観点からシリコンゴムシートが好ましいが、アクリル系ゴムやゲルなども使用することができる。ここで熱伝導性を高めるために、酸化アルミニウムや酸化亜鉛等の充填剤を熱伝導シートに混入させてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、正極にニッケル極を有するアルカリ蓄電池を急速充電する際、電池から発生した熱は、熱伝導シートを介して金属部材に効率よく伝えられる。そのため急速充電時の温度上昇が抑制され、更に正極のニッケル極における酸素発生反応が抑制される。その結果、充電効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態を以下に説明する。本発明は下記実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。
(実施例)
【００１５】
実施例で示すアルカリ蓄電池用急速充電器は、アルカリ蓄電池と電源とを結ぶ充電部１、電池を内部に収納し電池の外周側面を覆う金属部材２、及び電池と金属部材２との隙間に配置された隙間より厚く且つ弾性を有する熱伝導シート３からなる。図１に本発明充電器の模式的断面図を示す。金属部材２は銅製で概観は20mm×20mm×50mmの四角柱で内部に、AAサイズのアルカリ蓄電池４が収納できるようくり抜かれ二つ割りになっている。金属部材のくり抜かれた内面には、熱伝導シート３が配置され金属部材２の内側面に密着している。この熱伝導シート３とアルカリ蓄電池４の外周側面が圧接して熱を伝導し易くなっている。図２は金属部材２の模式図、図３は金属部材２の展開模式図である。熱伝導シート３には厚みが0.5mmのシリコンゴムシートを用いた。アルカリ蓄電池４は以下に記載のニッケル・水素蓄電池を用いた。
【００１６】
〔アルカリ蓄電池の作製〕
（負極の作製）
MmNi3.8Co0.5A|0.3Mn0.5(但し,MmはLa、Ce、Pr、Ndからなるミッシュメタル)で表される水素吸蔵合金粒子(平均粒径が35μm)100重量%に対し、結着剤としてポリビニルピロリドン0.5重量%、ポリエチレンオキシド0.5重量%を添加した。さらに、導電剤としてカーボンブラックを2重量%添加し、水を加え混練し、ペーストを作製した。このぺーストをパンチングメタルに塗布し、乾燥、圧延、切断し、負極に用いる水素吸蔵合金電極を作製した。
【００１７】
（正極の作製）
硫酸コバルト粉末13.1gを水に溶かした水溶液1000m|に、水酸化ニッケル粉末100gを投入し、次いで1モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら滴下して液のpHを11に調整した後、1時間攪拌した。この間、自動温度補償付ガラス電極(pHメータ)にて液のpHを監視して、必要に応じて水酸化ナトリウム水溶液を滴下して液のpHを常時11に保持した。その後、生成する沈殿物を濾別、水洗し、室温(約25°C)で真空乾燥して、水酸化ニッケル粒子の表面に水酸化コバルト層からなる被覆層が形成された複合体粒子からなる粉末を得た。
【００１８】
次に、この複合体粒子からなる粉末と、25重量%水酸化ナトリウム水溶液とを、重量比1:10で混合し、空気中にて、80°Cで8時間加熱処理した後、水洗し、65°Cで乾燥して、水酸化ニッケル粒子の表面にナトリウム含有コバルト化合物からなる被覆層が形成された複合体粒子からなる活物質粉末を得た。水酸化ニッケルに対する被覆層の割合を原子吸光法により求めたところ、水酸化ニッケルに対して被覆層中のコバルト量は5重量%であった。
【００１９】
上記の活物質粉末(平均粒径10μm)100重量%と、平均粒径1μmの三酸化二イッ卜リウム(Y2O3)粉末0.5重量%と、結着剤としての1重量%メチルセルロース水溶液20重量%とを混練してペーストを調製し、このペース卜をニッケル発泡体(多孔度95%、平均孔径200μm)の空孔内に充填し、乾燥し、加圧成形して、非焼結式ニッケル極を作製した。
【００２０】
（アルカリ蓄電池の組立）
この負極と、正極とを、PP(ポリプ口ピレン)/PE(ポリエチレン)系セパレータを介して巻回して渦巻電極体を作製し、この渦巻電極体をニッケルめっきした鉄からなる電池缶内に挿入した。次にこの電池缶に水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム水溶液からなる電解液を注液、封口し、容量約1.45Ahである円筒密閉型の急速充電用のアルカリ蓄電池を組み立てた。
【００２１】
〔アルカリ蓄電池の活性化〕
上記のアルカリ蓄電池について、25℃の温度条件の下で、145mAで16時間充電させた後、290mAで1.0Vまで放電させた。これを1サイクルとして、2サイクルの充放電を繰り返して、アルカリ蓄電池を活性化させた。
【００２２】
〔急速充電特性〕
以上のようにして得られたアルカリ蓄電池を、熱伝導シー卜３、金属部材２で挟み、充電部１に取り付けて、以下のように急速充電特性を測定した。雰囲気温度25℃の下、29Aで3分間、100%の充電を行い、30分間休止後、1.45Aで終止電圧1.0Vまで放電を行い、放電容量を測定した。充電効率は放電容量を充電量1.45Ahで割り、百分率に換算したものである。電池温度はアルカリ蓄電池４と熱伝導シート３の間に熱電対を設けて電池温度を測定した。
（比較例１）
【００２３】
熱伝導シート３を用いない以外は実施例と同様の条件で急速充電特性を測定した。ここで、電池温度はアルカリ蓄電池４と金属部材2との間に熱電対を設けて測定した。尚、この比較例は特許2004-208470を想定したものである。
（比較例２）
【００２４】
金属部材２及び熱伝導シート３を用いない以外は実施例と同様の条件で急速充電特性を測定した。電池温度はアルカリ蓄電池４の表面に熱電対を設けて測定した。表１にこれらの試験結果を示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
実施例では比較例１、２と比べ、充電終了時の電池温度が低くなっており、放電容量も大きく、充電効率が向上していることがわかる。これはアルカリ蓄電池４と金属部材２のわずかな隙間に熱伝導シート３を配置することで、効率よく電池の発熱を金属部材２に伝え逃がすことが可能となり電池温度の上昇が抑制され、充電効率が向上したためと考える。
【００２７】
比較例２では急速充電時において電池は大気中での自然冷却となり、冷却能力が低いため充電終了時の電池温度が実施例及び比較例１より大きく上昇している。その結果、充電中にニッケル極上で酸素発生反応が起こり易くなり、充電効率が低下したものと考えられる。
【００２８】
比較例１においては比較例２よりは充電終了時の電池温度が低下しているものの、電池の冷却は十分でなく、充電効率が低下していることが解る。これはアルカリ蓄電池４と金属部材２との間のわずかな隙間に熱伝導性の低い空気が存在しているため、電池の発熱を十分に金属部材２に伝えることができず、電池温度が上昇したことが原因であると考える。
【００２９】
上記の結果から明らかなように、本発明によると簡易な構成で効率よくアルカリ蓄電池の充電時の温度上昇を抑制し、充電効率を向上させるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に従う実施例及び比較例で用いた急速充電器を示す模式的断面図
【図２】急速充電器の金属部材２の模式図
【図３】急速充電器の金属部材２の展開模式図
【符号の説明】
【００３１】
１…充電部
２…金属部材
３…熱伝導シート
４…アルカリ蓄電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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