(57)【要約】【課題】電池電圧の低下を抑制することができるニッケル水素電池を提供する。【解決手段】正極活物質を含有する正極と、負極活物質を含有する負極と、前記正極と前記負極に接触する電解質層と、を備え、前記正極活物質は、ＮｉＯ６八面体とＰＯ４四面体で構成される結晶構造を有するＨ２ＮｉＰ２Ｏ７を含むことを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質を含有する正極と、
負極活物質を含有する負極と、
前記正極と前記負極に接触する電解質層と、を備え、
前記正極活物質は、ＮｉＯ６八面体とＰＯ４四面体で構成される結晶構造を有するＨ２ＮｉＰ２Ｏ７を含むことを特徴とする、ニッケル水素電池。
【請求項２】
前記Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、前記結晶構造内に前記ＮｉＯ６八面体を複数備え、且つ、前記ＮｉＯ６八面体が隣接する前記ＮｉＯ６八面体と稜を共有する、請求項１に記載のニッケル水素電池。
【請求項３】
前記Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、前記結晶構造内に前記ＰＯ４四面体を複数備え、且つ、前記ＰＯ４四面体が隣接する前記ＰＯ４四面体と頂点を共有する、請求項１又は２に記載のニッケル水素電池。
【請求項４】
前記Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、前記ＮｉＯ６八面体と前記ＰＯ４四面体に含まれる酸素原子を共有することにより形成される３次元の骨格を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のニッケル水素電池。
【請求項５】
前記結晶構造は、空間群Ｐ２１／ｃに属する構造である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のニッケル水素電池。
【請求項６】
前記負極活物質は、水素、及び、水素吸蔵合金から選ばれる少なくとも一種を含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のニッケル水素電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル水素電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素電池は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、電動工具、ハイブリッド自動車、電気自動車等の分野で広く利用されている。このようなニッケル水素電池は、放電を一度だけ行う一次電池としても用いられているが、充電及び放電を繰り返し行う二次電池（ニッケル水素蓄電池）としても用いられている。
ニッケル水素電池の分野において、従来から、電極活物質および電解質に着目し、ニッケル水素電池の容量の低下の抑制を図る試みがある。例えば、特許文献１には、ニッケル（Ｎｉ）正極に添加される亜鉛（Ｚｎ）の添加量、及び、アルカリ電解液のアルカリ濃度を規定することによって、円筒型ニッケル水素蓄電池の容量の低下を抑制する旨が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０６９５１０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｔａｏ  Ｙａｎｇ、外８名、「インオーガニック  ケミストリー（Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）」、２００７、４６、ｐ．２３４２−２３４４
【非特許文献２】Ｖ．Ｐｒａｌｏｎｇ、外３名、「インオーガニック  ケミストリー（Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）」、２００９、４８、ｐ．６８３５−６８４４
【非特許文献３】佐藤祐一、「神奈川大学工学研究所所報第３２号」、神奈川大学工学研究所、２００９年１１月３０日発行、第３２号、ｐ．１０９−１１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されているような層状構造を有するβ型水酸化ニッケル（β−Ｎｉ（ＯＨ）２）を正極活物質として用いる従来のニッケル水素電池では、充電後の電池電圧の低下を十分に抑制することができないという問題がある。
本発明は上記実情を鑑みて成し遂げられたものであり、本発明の目的は、電池電圧の低下を抑制することができる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】
【０００６】
本発明のニッケル水素電池は、正極活物質を含有する正極と、負極活物質を含有する負極と、前記正極と前記負極に接触する電解質層と、を備え、前記正極活物質は、ＮｉＯ６八面体とＰＯ４四面体で構成される結晶構造を有するＨ２ＮｉＰ２Ｏ７を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明のニッケル水素電池において、前記Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、前記結晶構造内に前記ＮｉＯ６八面体を複数備え、且つ、前記ＮｉＯ６八面体が隣接する前記ＮｉＯ６八面体と稜を共有することが好ましい。
本発明のニッケル水素電池において、前記Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、前記結晶構造内に前記ＰＯ４四面体を複数備え、且つ、前記ＰＯ４四面体が隣接する前記ＰＯ４四面体と頂点を共有することが好ましい。
本発明のニッケル水素電池において、前記Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、前記ＮｉＯ６八面体と前記ＰＯ４四面体に含まれる酸素原子を共有することにより形成される３次元の骨格を有することが好ましい。
本発明のニッケル水素電池において、前記結晶構造は、空間群Ｐ２１／ｃに属する構造であることが好ましい。
本発明のニッケル水素電池において、前記負極活物質は、水素、及び、水素吸蔵合金から選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池電圧の低下を抑制することができるニッケル水素電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の電池の一例を示す断面模式図である。
【図２】Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７の結晶構造を、ａ軸方向から見た図である。
【図３】Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７の結晶構造を、ｂ軸方向から見た図である。
【図４】Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７の結晶構造を、ｃ軸方向から見た図である。
【図５】Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７のＸ線回折スペクトルである。
【図６】実施例１の充放電時の充放電曲線を示す図である。
【図７】実施例１の部分充放電時の充放電曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のニッケル水素電池は、正極活物質を含有する正極と、負極活物質を含有する負極と、前記正極と前記負極に接触する電解質層と、を備え、前記正極活物質は、ＮｉＯ６八面体とＰＯ４四面体で構成される結晶構造を有するＨ２ＮｉＰ２Ｏ７を含むことを特徴とする。
【００１１】
特許文献１に開示されているような層状構造を有するβ−Ｎｉ（ＯＨ）２を正極活物質に用いた従来のニッケル水素電池において、当該正極活物質は、充電すると、Ｎｉの価数が３であるβ型オキシ水酸化ニッケル（β−ＮｉＯＯＨ）として存在し、放電すると、Ｎｉの価数が２であるβ型水酸化ニッケル（β−Ｎｉ（ＯＨ）２）として存在する。このように、従来のニッケル水素電池においては、正極活物質が、β型水酸化ニッケルからβ型オキシ水酸化ニッケルへ、また、β型オキシ水酸化ニッケルからβ型水酸化ニッケルへと変化することにより、充電及び放電を行うことができる。
しかし、従来のニッケル水素電池は、充電後の電池電圧が低下するという問題がある。
従来のニッケル水素電池における充電後の電池電圧の低下の原因は、過充電により正極に生成するγ型オキシ水酸化ニッケル（γ−ＮｉＯＯＨ）によるものと考えられている（非特許文献３参照）。過充電により生成するγ−ＮｉＯＯＨは、β−ＮｉＯＯＨと比較して層状構造の層間距離が広くなり結晶構造が大きく変化してしまう。このため、充電後の電池電圧が低下してしまうと考えられる。
本発明者は、上記のような問題を解決するために鋭意検討した結果、ＮｉＯ６八面体とＰＯ４四面体で構成される結晶構造を有するＨ２ＮｉＰ２Ｏ７を含む正極活物質をニッケル水素電池の正極に用いることによって、充電後の電池電圧の低下を抑制できることを見出した。Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、結晶構造が層状構造ではないため、充電（過充電を含む）による結晶構造の変化が抑制される。結果として充電後の電池電圧の低下が抑制される。
本発明によれば、過充電による電池電圧の低下を抑制することができるため、従来よりも充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を高くして、ニッケル水素電池を使用することができる。
また、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７の結晶構造は、深度の浅い放電を繰り返してもほとんど変化しない。そのため、本発明によれば、いわゆるメモリー効果の発生を防止又は抑制することができる。したがって、本発明のニッケル水素電池においては、従来のように、強制放電、リフレッシュ放電、又は完全放電等を行わなくても、メモリー効果の発生を防止又は抑制することができる。なお、メモリー効果とは、深度の浅い放電を繰り返すと、見かけ容量が減少し、繰り返した放電下限点の充電状態を境に電池電圧が低下する現象である。
本発明のニッケル水素電池は、一次電池でも二次電池でもよいが、二次電池であることが好ましい。
【００１２】
図１は、本発明のニッケル水素電池の一例を示す断面模式図である。なお、本発明の電池は、必ずしもこの例のみに限定されるものではない。
電池１００は、正極１１と負極１２との間に電解質層１３が介在するように配置された構造を有している。正極１１は、正極活物質を含有する正極活物質層１４と、正極活物質層１４の集電を行う正極集電体１５を有している。負極１２は、負極活物質を含有する負極活物質層１６と、負極活物質層１６の集電を行う負極集電体１７を有している。
【００１３】
正極は、少なくとも正極活物質を含有する。正極は、通常、上記正極活物質を少なくとも含む正極活物質層を有する。正極は、必要に応じ、正極活物質層の集電を行う正極集電体をさらに有する。
正極活物質としては、少なくともＨ２ＮｉＰ２Ｏ７を含むものであれば特に限定されない。
本発明に使用されるＨ２ＮｉＰ２Ｏ７は、ＮｉＯ６八面体とＰＯ４四面体で構成される結晶構造を有する。
また、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、ＮｉＯ６八面体を結晶構造内に複数備え、かつＮｉＯ６八面体が隣接するＮｉＯ６八面体と稜を共有していることが好ましい。これにより、ＮｉＯ６同士の間で電子の授受が可能となり良好な電子伝導性が期待できるので、より出力密度の高い電池を提供できる。
さらに、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、ＰＯ４四面体を結晶構造内に複数備え、かつＰＯ４四面体が隣接するＰＯ４四面体と稜又は頂点を共有していることが好ましく、頂点を共有していることがより好ましい。これにより、Ｐ原子が強固に酸素原子と結合できるために、電池の温度が上昇した際に正極活物質から酸素を放出しにくくなり、より安定に動作する電池を提供できる。
また、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、ＮｉＯ６八面体と、ＰＯ４四面体とが、ＮｉＯ６八面体とＰＯ４四面体に含まれる酸素原子を共有することで形成される、３次元の骨格を有していることが好ましい。これにより、ＮｉＯ６八面体同士が酸素との結合力の強いＰＯ４により３次元骨格を形成し、結晶構造の安定性が得られる。
さらに、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、その結晶構造中に、稜共有のＮｉＯ６八面体を含み、稜共有又は頂点共有のＰＯ４四面体を含み、且つＮｉＯ６八面体とＰＯ４四面体との酸素原子が共有されて３次元の骨格を構成している化合物であることが特に好ましく、その結晶構造中に、稜共有のＮｉＯ６八面体を含み、頂点共有のＰＯ４四面体を含み、且つＮｉＯ６八面体とＰＯ４四面体との酸素原子が共有されて３次元の骨格を構成している化合物であることがさらに好ましい。
また、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、空間群Ｐ２１／ｃに属する結晶構造を有していることが好ましい。結晶構造及び空間群は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定により決定することができる。
ＮｉＯ６八面体という表現は、Ｎｉ原子を中心としてその周囲を取り囲むように６個の酸素原子が配位することで、酸素を頂点とした仮想的に形成される八面体を意味する。また、ＰＯ４四面体という表現は、Ｐ原子を中心としてその周囲を取り囲むように４個の酸素原子が配位することで、酸素を頂点とした仮想的に形成される四面体を意味する。
なお、稜とは、八面体、及び、四面体等の多面体を構成する酸素原子同士を結んだ仮想的な線を意味する。すなわち稜共有は、隣接する多面体が二つの酸素原子を共有して結合している状態を意味する。一方、頂点共有は、隣接する多面体が一つの酸素原子を共有して結合している状態を意味する。
Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７の全結晶構造における上記ＮｉＯ６八面体とＰＯ４四面体で構成される結晶構造の割合は特に限定されないが、電池電圧の低下を抑制する観点から、より高いことが好ましい。上記結晶構造の割合は、具体的には、７０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましい。なお、上記結晶構造の割合は、例えば、放射光を用いたＸ線回折により測定することができる。
【００１４】
図２〜４にＨ２ＮｉＰ２Ｏ７の結晶構造を、ａ軸方向から見た図（図２）、ｂ軸方向から見た図（図３）、及びｃ軸方向から見た図（図４）を示す。
図２〜４に示す結晶構造において、２１はＮｉを中心元素とし、酸素を頂点元素としたＮｉＯ６八面体を、２２はＰを中心元素とし、酸素を頂点元素としたＰＯ４四面体を意味する。
図２〜４に示すように、隣接するＮｉＯ６八面体２１は互いの稜を共有し、隣接するＰＯ４四面体２２は互いの頂点を共有し、隣接するＮｉＯ６八面体２１とＰＯ４四面体２２とは頂点を共有している。これにより、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７は、３次元の骨格を有していることがわかる。
【００１５】
Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７の合成方法は、特に限定されないが、合成方法の一例を以下に示す。
まず、原料として、ニッケル化合物、及びリン酸化合物を準備する。
次に、各原料の混合物を所定の酸に溶かし、混合溶液を調製する。
そして、上記混合溶液を適宜加熱する。加熱温度は、２００〜２５０℃が好ましい。加熱時間としては、例えば３〜７日間程度が好ましい。
その後、混合溶液を５０〜９０℃の乾燥炉にて、さらに５〜３０時間程度減圧乾燥させ、水を完全に除去することにより、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７が得られる。
【００１６】
ニッケル化合物としては、例えば、水酸化ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ（ＯＨ）２）、酢酸ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯ２）２）、硝酸ニッケル（ＩＩ）（Ｎｉ（ＮＯ３）２）、硫酸ニッケル（ＩＩ）（ＮｉＳＯ４）、シュウ酸ニッケル（ＩＩ）（ＮｉＣ２Ｏ４）、及び塩化ニッケル（ＩＩ）（ＮｉＣｌ２）、並びにこれらの水和物等が挙げられる。
リン酸化合物としては、例えば、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、及びリン酸アンモニウム（（ＮＨ４）３ＰＯ４）、並びにこれらの水和物等が挙げられる。
ニッケル化合物、及び、リン酸化合物は、それぞれ１種を単独で用いてもよいし、或いは、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記各原料の混合比は、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７における各元素の組成比に合わせることが好ましい。
【００１７】
また、正極活物質としては、上記Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７のみを単独で用いてもよいし、当該Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７と、１種又は２種以上の他の正極活物質とを組み合わせて用いてもよい。
他の正極活物質としては、具体的には、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７中のＮｉがＮｉ以外の他の元素に置換された化合物、及び、β型水酸化ニッケル（β−Ｎｉ（ＯＨ）２）等のニッケル化合物等を挙げることができる。他の元素は、複合酸化物を構成する結晶構造において、ニッケルを主たる占有元素とする結晶学的な等価サイトを一部占有する。他の元素としては、第一周期の遷移金属元素及び第二周期の遷移金属元素等が挙げられる。Ｎｉと置換される他の元素の量としては、５０原子％以下であることが好ましい。これより多くなると、材料のコストが高くなる場合がある。他の元素は、空気中で安定な価数をとることができさえすればよく、２価である必要はない。
正極活物質中のＨ２ＮｉＰ２Ｏ７の含有割合は、特に限定されないが、電池電圧の低下を抑制する観点から、正極活物質の総質量に対して６０〜１００質量％であることが好ましい。
また、正極活物質層における正極活物質の含有割合は、特に限定されないが、正極活物質層の総質量に対して６０〜１００質量％の範囲内であることが好ましい。
【００１８】
正極活物質層は、正極活物質のみを含有するものであってもよいが、必要に応じ、導電性材料及び結着剤等を含有する。
導電性材料としては、正極活物質層の導電性を向上させることができれば特に限定されるものではないが、例えばＣｏＯ、Ｃｏ、ＣｏＯＯＨ、Ｃｏ（ＯＨ）２、Ｃｏ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４等のＣｏを含有する化合物、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック等を挙げることができる。また、正極活物質層における導電性材料の含有割合は、導電性材料の種類によって異なるものであるが、通常１〜３０質量％の範囲内である。
【００１９】
結着剤としては、例えばポリビニリデンフロライド（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を挙げることができる。また、正極活物質層における結着剤の含有量は、正極活物質等を固定化できる程度の量であれば良く、より少ないことが好ましい。正極活物質層における結着剤の含有割合は、通常１〜１０質量％の範囲内である。
【００２０】
本発明に使用される正極活物質層を製造する方法は、特に限定されない。例えば、導電性材料等の上記正極用材料を混合して圧延する方法や、上記正極用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。スラリーの調製に用いられる溶媒としては、例えば、アセトン、エタノール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等が挙げられる。スラリーの塗布方法としては、スプレー法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、ダイコート法、ドクターブレード法、インクジェット法等が挙げられる。具体的には、スラリーを後述する正極集電体又はキャリアフィルムに塗布した後、乾燥させ、必要に応じて、圧延、切断することで、正極活物質層を成形することができる。
正極活物質層の厚さは、目的とするニッケル水素電池の用途等により異なるものであるが、１０〜２５０μｍの範囲内であるのが好ましい。
【００２１】
正極集電体の材料としては、例えばアルミニウム、ＳＵＳ、ニッケル、鉄及びチタン等を挙げることができ、中でもニッケルが好ましい。また、正極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状等を挙げることができ、中でもメッシュ状が好ましい。
正極集電体の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０〜１０００μｍ、特に２０〜４００μｍであることが好ましい。また、後述する外装体が正極集電体としての機能を兼ね備えていてもよい。
正極集電体は、外部との接続部となる端子を有していてもよい。
【００２２】
本発明に使用される正極を製造する方法は、上記の正極を得ることができる方法であれば特に限定されるものではない。なお、正極活物質層を形成した後、電極密度を向上させるために、正極活物質層をプレスしても良い。
【００２３】
負極は、少なくとも負極活物質を含有する。負極は、通常、負極活物質を少なくとも含む負極活物質層を有する。負極は、必要に応じ、負極活物質層の集電を行う負極集電体をさらに有する。
負極活物質は、水素吸蔵合金、及び、水素からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有することが好ましい。
水素吸蔵合金としては、ＡＢ型（ＴｉＦｅ等）、ＡＢ２型（ＺｒＭｎ２等）、ＡＢ５型（ＬａＮｉ５等）、Ａ２Ｂ型（Ｍｇ２Ｎｉ等）、固溶体型（ＶＴｉ等）等が挙げられる。
負極の形状は、特に限定されず、箔状、棒状、粒子状等が挙げられる。
【００２４】
負極活物質層は、負極活物質のみを含有するものであってもよいが、必要に応じ、導電性材料、及び、負極活物質を固定化する結着剤の少なくとも一方を含有する。例えば、負極活物質が板状、箔状等である場合は、負極活物質のみを含有する負極活物質層とすることができる。一方、負極活物質が粉末状である場合は、負極活物質及び結着剤を有する負極活物質層とすることができる。なお、導電性材料及び結着剤については、上述した正極活物質層に含まれる導電性材料又は結着剤と同様であるので、ここでの説明は省略する。
負極活物質層の厚さは、特に限定されないが、例えば１０〜１００μｍの範囲内、特に１０〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２５】
負極集電体の材料としては、上述した正極集電体の材料と同様のものを用いることができる。また、負極集電体の形状としては、上述した正極集電体の形状と同様のものを採用することができる。負極集電体の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０〜１０００μｍ、特に２０〜４００μｍであることが好ましい。また、後述する外装体が負極集電体としての機能を兼ね備えていてもよい。
負極集電体は、外部との接続部となる端子を有していてもよい。
【００２６】
本発明に使用される負極を製造する方法は、上記負極を得ることができる方法であれば特に限定されない。なお、負極活物質層を形成した後、電極密度を向上させるために、負極活物質層をプレスしても良い。
【００２７】
本発明に使用される電解質層は、正極及び負極の間に介在し、正極及び負極と接触する。
電解質層は、正極及び負極との間のイオンの伝導を可能とする電解質を少なくとも含有する。
電解質としては、例えば、電解液、ゲル電解質、固体電解質等が挙げられる。これらは、１種類のみを単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
電解液としては、水系電解液、非水系電解液が挙げられ、水系電解液が好ましい。
水系電解液としては、通常、電解質塩及び水を含有したものを用いる。
電解質塩としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、及び、四級アンモニウム水酸化物等が挙げられ、水酸化カリウム、及び、水酸化ナトリウムが好ましい。
水系電解液における電解質塩の濃度は、１〜１０ｍｏｌ／Ｌであることが好ましく、４〜８ｍｏｌ／Ｌがより好ましい。１ｍｏｌ／Ｌ未満の場合には、導電率が小さくなり、充分な電池容量を得ることができなくなるおそれがある。一方、１０ｍｏｌ／Ｌを超える場合には、上記電解液が大気中の二酸化炭素を吸い易くなり、炭酸塩が生じてしまうおそれがある。その結果、この場合にも、導電率が小さくなり、充分な電池容量を得ることができなくなるおそれがある。
【００２９】
非水系電解液としては、通常、上記電解質塩及び非水溶媒を含有したものを用いる。
非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル（ＡｃＮ）、ジメトキシメタン、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，３−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（ＴＥＧＤＭＥ）、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）及びこれらの混合物等を挙げることができる。高誘電率、低粘度を確保する観点から、高誘電率、高粘度を有するＥＣ、ＰＣ、ＢＣ等の環状カーボネート化合物と、低誘電率、低粘度を有するＤＭＣ、ＤＥＣ、ＥＭＣ等の鎖状カーボネート化合物の混合物が好ましく、ＥＣ、ＤＭＣ、ＥＭＣの混合溶媒が特に好ましい。
【００３０】
ゲル電解質は、通常、非水系電解液にポリマーを添加してゲル化したものである。
ゲル電解質は、上述した非水系電解液に、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリルニトリル、ポリビニリデンフロライド（ＰＶｄＦ）、ポリウレタン、ポリアクリレート、セルロース等のポリマーを添加し、ゲル化することにより得られる。
固体電解質としては、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質等が挙げられ、従来公知の固体電解質を用いることができる。
【００３１】
電解質として電解液を用いる場合、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、該セパレータに電解液を含浸させることで、正極と負極との絶縁を確保することができる。セパレータとしては、例えばポリエチレン多孔膜、ポリプロピレン多孔膜等の多孔膜；および樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布等を挙げることができる。
【００３２】
本発明のニッケル水素電池は、通常、上記正極、負極、及び電解質層等を収納する外装体を備える。外装体の形状としては、具体的にはコイン型、平板型、円筒型、ラミネート型等を挙げることができる。
外装体の材質は、電解質に安定なものであれば特に限定されないが、Ｎｉ、Ｃｒ、及び、Ａｌからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む金属体、並びに、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び、アクリル樹脂等の樹脂が挙げられる。外装体が金属体の場合は、外装体の表面のみが金属体で構成されるものであっても、外装体全体が金属体で構成されるものであってもよい。
【実施例】
【００３３】
（実施例１）
［正極活物質の合成（Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７）］
オートクレーブのテフロン（登録商標）内筒へ、酢酸ニッケル４水和物、８５％リン酸を入れ、混合した。そして、オートクレーブ内でオイルバスを用いて上記混合物を２３０℃で６日間加熱した。その後、遠心分離を行い、沈降物を回収し、当該沈降物をエタノール洗浄した。さらに、当該沈降物に対してイオン交換水で洗浄処理を行った。洗浄処理は、上澄み液のｐＨが中性になるまで実施した。洗浄した回収物を８０℃で１２時間減圧乾燥し、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７の粉末を得た。
【００３４】
［Ｘ線回折測定］
得られた正極活物質の粉末を用いて、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定を行った。ＸＲＤ測定は、粉末試料に対して、不活性雰囲気下で行った。その結果を図５に示す。
ＸＲＤ測定条件は、以下の通りである。
・Ｘ線回折装置：株式会社リガク製  ＵｌｔｉｍａＩＶ
・Ｘ線源：ＣｕＫα線
・管電圧−管電流：４０ｋＶ−４０ｍＡ
・ステップ幅：０．０１ｄｅｇ
・測定速度：１°／ｍｉｎ
・検出器：株式会社リガク製  Ｄ／ｔｅｘ  Ｕｌｔｒａ
図５に示すように、正極活物質は、ＣｕＫα線によるＸ線回折において、回折角２θの１２．４４°、２１．３５°、２６．０５°、２７．８４°、３２．５３°の位置に回折ピークを有することが確認された。なお、これらのピーク位置は、材料組成等によって結晶格子が若干変化し、±０．５０°（中でも±０．３０°の範囲、特に±０．１０°の範囲）で前後する場合がある。
【００３５】
［Ｘ線構造解析］
得られた正極活物質（Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７）の結晶構造をＸ線構造解析により同定した。ＸＲＤで得られた回折図形を基に直接法で晶系・結晶群を決定し、その後、実空間法により結晶構造を同定した。
その結果、上述した図２〜４に示すような結晶構造を有することが確認された。すなわち、隣接するＮｉＯ６八面体は互いの稜を共有し、隣接するＰＯ４四面体は互いの頂点を共有し、隣接するＮｉＯ６八面体とＰＯ４四面体とは頂点を共有している結晶構造であった。
【００３６】
［作用極（正極）の作製］
固形分質量比で、得られたＨ２ＮｉＰ２Ｏ７粉末：ＣｏＯ：ＰＶｄＦ＝８５：１０：５となる量で、ＮＭＰと混合することにより、スラリー状の組成物を作製した。これを発泡ニッケル（集電体）に充填して乾燥後に圧延することにより、作用極を作製した。
［対極（負極）の作製］
固形分質量比で、水素吸蔵合金：ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）：ＰＶＡ＝９８．４：０．８：０．８となる量で、純水と混合することにより、スラリー状の組成物を作製した。これを発泡ニッケル（集電体）に充填して乾燥後に圧延することにより、対極を２枚作製した。
［評価セルの作製］
上記２枚の対極間にポリエチレン・ポリプロピレン製の不織布セパレータを介して作用極を挟み、さらに、両側面からアクリル板で圧迫して固定した。
さらに参照電極として酸化水銀電極（Ｈｇ／ＨｇＯ）を用いた。
電解液には６ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ水溶液を使用した。
【００３７】
［充放電試験１］
作製した評価セルを用いて、充放電電流２３ｍＡ／ｇ（Ｃ／１０相当）にて充放電を行った。充電は十分に過充電状態になるまで１４時間行い、放電は０．１Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）まで放電するサイクルを室温環境下で１０サイクル行った。充放電試験１の結果を図６に示す。
［充放電試験２］
上記［評価セルの作製］と同様の方法で作製した評価セルを別途用意して、充放電電流２３ｍＡ／ｇ（Ｃ／１０相当）にて部分充放電を行った。充電は０．５Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）まで充電し、放電は０．３Ｖ（ｖｓ．Ｈｇ／ＨｇＯ）まで放電（容量をある程度残した状態で放電を中止）するサイクルを室温環境下で１０サイクル行った。充放電試験２の結果を図７に示す。
【００３８】
図６〜７の充放電曲線に示すようにＨ２ＮｉＰ２Ｏ７は、ニッケル水素電池の正極活物質として安定に機能することがわかる。また、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７を用いた電池は、充放電サイクルを繰り返しても充放電曲線にほとんど変化は無く、極めて安定に動作することがわかる。これは、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７の結晶構造が層状構造ではないため、充電（過充電を含む）を行っても結晶構造がほとんど変化しないためであると考えられる。
【００３９】
非特許文献３に開示されているような、β型水酸化ニッケルを正極に用いたニッケル−カドミウム電池は、充電後の電池電圧が低下している（非特許文献３の図１〜３参照）。
一方、図６の充放電曲線に示すように、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７を正極に用いたニッケル水素電池であれば、過充電を含む充放電を繰り返した後においても電池電圧はほとんど変化していないことがわかる。そのため、本発明によれば充電後の電池電圧の低下を抑制することができることがわかる。
また、図７の充放電曲線に示すように、Ｈ２ＮｉＰ２Ｏ７を正極に用いたニッケル水素電池であれば、深度の浅い放電を繰り返した後においても、電池電圧はほとんど変化していないことがわかる。そのため、本発明によれば、いわゆるメモリー効果の発生が抑制されていることがわかる。
【符号の説明】
【００４０】
１１  正極
１２  負極
１３  電解質層
１４  正極活物質層
１５  正極集電体
１６  負極活物質層
１７  負極集電体
２１  ＮｉＯ６八面体
２２  ＰＯ４四面体
１００  電池
【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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