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CN102005567A - 碱性蓄电池用负极以及碱性蓄电池 - Google Patents

碱性蓄电池用负极以及碱性蓄电池 Download PDF

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CN102005567A CN2010102265437A CN201010226543A CN102005567A CN 102005567 A CN102005567 A CN 102005567A CN 2010102265437 A CN2010102265437 A CN 2010102265437A CN 201010226543 A CN201010226543 A CN 201010226543A CN 102005567 A CN102005567 A CN 102005567A
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negative
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曲佳文
田中忠佳
安冈茂和
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

本发明涉及碱性蓄电池用负极以及碱性蓄电池。提供一种碱性蓄电池,其可抑制充电时的电池内压上升而不会降低负极的处理性,并且循环寿命优异。在具备正极(1)、负极(2)、和碱性电解液的碱性蓄电池中,使负极表面存在氟油。另外,作为负极,使用通式Ln1-xMgxNiy-a-bAlaMb(式中,Ln为选自包括Y在内的稀土元素、Zr和Ti中的至少一种元素,M为选自V、Nb、Ta、Cr、Mo、Mn、Fe、Co、Ga、Zn、Sn、In、Cu、Si、P、B中的至少一种元素,且满足0.05≤x≤0.30、0.05≤a≤0.30、0≤b≤0.50、2.8≤y≤3.9的条件。)所示的贮氢合金。

Description

碱性蓄电池用负极以及碱性蓄电池
技术领域
本发明涉及碱性蓄电池用负极、碱性蓄电池用负极的制造方法以及碱性蓄电池,特别是得到了如下所述的碱性蓄电池,其改善了上述的碱性蓄电池用负极,降低了充电时的电池内压上升而不会降低负极的处理性,并且充放电循环寿命优异。
背景技术
以往,作为碱性蓄电池,广泛使用镍镉蓄电池、镍氢蓄电池。
在镍氢蓄电池中,作为其负极使用的贮氢合金,通常使用以CaCu5型结晶作为主相(main phase)的稀土类-Ni系金属间化合物即LaNi5系贮氢合金;以含有Ti、Zr、V以及Ni作为构成元素的拉夫斯相作为主相的贮氢合金;以及,在上述稀土类-Ni系贮氢合金中含有Mg等且具有CaCu5型以外的Ce2Ni7型、CeNi3型等晶体结构的Mg-Ni-稀土类系贮氢合金等。
这些碱性蓄电池中,由于在限定了体积的电池罐内尽可能多地塞入了负极活性物质、正极活性物质以及碱性电解液等,因而存在如下问题:由于对碱性蓄电池进行充电时产生的气体,充电时电池内压容易变高。
另外,在想要获得高容量碱性蓄电池的情况下,需要进一步将更多的电极活性物质塞入到电池罐内,因而不能增加电解液量。因此,在反复进行充放电的情况下,若电解液量不充分,则电解液缓慢进入到负极中,隔膜中所含的碱性电解液量减少,内部电阻增大,存在循环寿命大幅降低的问题。
特别是,在将贮氢能力高的贮氢合金用于负极时,上述问题变得显著。
因此,以往提出了如专利文献1所示的方案:将氟树脂涂布到由贮氢合金形成的负极表面,使负极表面具有防水性,由此,可减少所产生的氧气,有效降低电池内压。
然而,对于如上所述在负极表面涂布有氟树脂的碱性蓄电池,存在不能以少量的涂布获得充分的防水性、不能充分降低电池内压的问题。另外,在将氟树脂涂布到负极表面时,极板之间容易密合,大量生产时存在极板的处理性降低的问题。并且,为了获得使负极表面具有防水性、使电池内压降低的效果,需要涂布一定程度的量的氟树脂,在这样的情况下,特别是存在极板处理性降低的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭61-118963号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的课题在于,解决碱性蓄电池中存在的上述问题,特别是提供一种碱性蓄电池,其使用了采用贮氢合金、尤其是Mg-Ni-稀土类系贮氢合金的碱性蓄电池用负极,其可抑制充电时的电池内压上升而不会降低负极的处理性,同时循环寿命优异。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题,本发明的碱性蓄电池用负极中,使负极表面存在氟油。
这里,作为上述的氟油,可以使用例如选自氯三氟乙烯的低聚物、全氟聚醚中的至少一种。
另外,所使用的负极的种类没有特别限定,优选使用贮氢合金,特别是贮氢能力优异的具有CaCu5型以外的Ce2Ni7型、CeNi3型等晶体结构的Mg-Ni-稀土类系贮氢合金。可列举出例如,通式Ln1-xMgxNiy-a-bAlaMb(式中,Ln为选自包括Y在内的稀土元素、Zr、Ti中的至少一种的元素,M为选自V、Nb、Ta、Cr、Mo、Mn、Fe、Co、Ga、Zn、Sn、In、Cu、Si、P、B中的至少一种元素,且满足0.05≤x≤0.30、0.05≤a≤0.30、0≤b≤0.50、2.8≤y≤3.9的条件。)所示的贮氢合金。
本发明的碱性蓄电池中,在具备正极、负极、碱性电解液的碱性蓄电池中负极使用上述碱性蓄电池用负极。
发明的效果
本发明中,由于使碱性蓄电池用负极表面存在氟油,因而可以使负极表面具有防水性,而不会使极板的处理性降低。
在氟油存在于负极表面的情况下极板的处理性不降低是因为,在负极表面中的负极活性物质表面的凹凸的微细结构中存在流动性高的氟油。若极板的处理性不降低,则大量生产时生产率、品质不会降低,非常有用。
另外,在本发明中,通过负极表面的防水性,能够降低充电时产生的氧气,因而电池内压有效降低。
另外,本发明中,通过负极表面的防水性,负极表面与电解液的接触面减少,因此,即使在反复进行充放电的情况下,也能够抑制电解液进入到负极,由此,能够抑制隔膜中所含的碱性电解液量减少,防止碱性蓄电池的内部电阻增大,提高碱性蓄电池的循环寿命。
氟油的防水性高、且具有流动性,因此,在涂布到负极表面的情况下,容易溶合到负极表面,以良好扩展的状态存在,因而能够以少量对负极表面赋予充分的防水性。然而,在负极表面的氟油的量相对于负极不足0.01mg/cm2的情况下,不能获得充分的防水性。在多于0.3mg/cm2的情况下,负极表面的防水性变大,负极表面与电解液的接触面减少,放电特性降低。
另外,本发明中,在使用贮氢合金、特别是由上述通式Ln1-xMgxNiy-a-bAlaMb所表示的贮氢合金作为负极的情况下,即使反复进行充放电,贮氢合金也难以微粉化,因而容易维持负极表面的防水性,另外,能够获得高容量的碱性蓄电池,所以充电时的电池内压降低而循环寿命大幅提高的本发明的效果是显著的。
在制造本发明的碱性蓄电池用负极的情况下,将氟油涂布到负极表面时不需要使用水、有机溶剂来制作氟油的分散液,可以单独或用毛刷等将氟油涂布到负极表面。因此,在将氟油涂布到负极表面后,能够不经过利用热处理的干燥工序而获得在负极表面存在氟油的碱性蓄电池用负极。因此,在制造本发明的碱性蓄电池用负极时,不需要干燥工序、有机溶剂的排气设备,在生产效率、成本方面有利。
附图说明
图1是本发明的实施例1以及比较例1~比较例3中制作的碱性蓄电池的截面简图。
附图标记说明
1正极;2负极;3隔膜;4电池罐;5正极引线;6正极盖;6a气体放出口;7负极引线;8绝缘密封件;9正极外部端子;10螺旋弹簧;11闭塞板
具体实施方式
实施例
以下,在说明本发明的实施例的碱性蓄电池用负极及其制造方法、使用前述负极的碱性蓄电池的同时,列举比较例以明确以下内容:使用了本发明的实施例的碱性蓄电池用负极的碱性蓄电池,其减少了充电时的内压上升而不会降低负极的处理性,并且,可获得充放电循环寿命优异的碱性蓄电池。另外,本发明中的碱性蓄电池用负极以及碱性蓄电池并不受下述的实施例所示的限定,可以在不改变其主旨的范围进行适当改变而实施。
(实施例1)
实施例1中,在制作碱性蓄电池时,使用如下制作的负极和正极。
[负极的制作]
在制作负极时,按照规定的合金组成来混合Nd、Sm、Mg、Ni和Al,通过高频感应熔化炉使该混合物熔融,然后,使其冷却,得到贮氢合金的铸锭。
并且,对该铸锭进行热处理而均质化后,在惰性气氛中粉碎,将其分级,得到质量累积百分数为50%时的平均粒径为65μm的贮氢合金的粉末。另外,通过电感耦合等离子体光谱分析法(ICP)对该贮氢合金的组成进行分析,结果,组成为Nd0.36Sm0.54Mg0.10Ni3.33Al0.17
并且,相对于上述贮氢合金的粉末100质量份,按照苯乙烯/丁二烯共聚橡胶(SBR)1质量份、聚丙烯酸钠0.2质量份、羧甲基纤维素0.2质量份、科琴黑1质量份、水50质量份的比例进行添加,将它们在常温下进行混炼,调制糊剂。
接着,将该糊剂均匀涂布到由冲孔金属片形成的导电性芯体的两个面上,将其干燥之后进行加压,然后切成规定尺寸,制作负极。
然后,用毛刷将氟油即氯三氟乙烯的低聚物涂布到负极表面,制作实施例1的负极。另外,氟油的涂布量为0.1mg/cm2
[正极的制作]
在制作正极时,将含有锌2.5质量%,钴1.0质量%的氢氧化镍粉末投入到硫酸钴水溶液中,对其进行搅拌,同时缓慢滴加1摩尔的氢氧化钠水溶液,使其pH为11,进行反应,然后,过滤沉淀物,对其进行水洗,真空干燥,得到在表面包覆有5质量%氢氧化钴的氢氧化镍。
接着,在这样包覆有氢氧化钴的氢氧化镍中加入10倍质量的25质量%的氢氧化钠水溶液而进行浸渍,对其进行8小时搅拌,同时在85℃下加热处理,然后,对其进行水洗,在65℃下使其干燥,得到上述氢氧化镍的表面包覆有含钠的高价钴氧化物的正极活性物质。
接着,按照该正极活性物质95质量份、氧化锌3质量份、氢氧化钴2质量份的比例进行混合,向混合物中加入包含0.2质量%的粘结剂羟丙基纤维素的水溶液50质量份,将它们混合,调制浆料。
然后,将该浆料填充到单位面积重量约600g/m2、孔隙率95%、厚约2mm的镍发泡体中,使其干燥,调整至正极活性物质密度为约2.9g/cm3-孔并进行压延,然后切成规定尺寸,制作由非烧结式镍极形成的正极。
并且,作为隔膜,使用通过氟化气体和亚硫酸气体对聚丙烯无纺布进行氟化处理而获得的具有磺基的聚丙烯无纺布,另外,作为碱性电解液,使用以15∶2∶1的质量比包含KOH、NaOH和LiOH的、比重为1.30的碱性电解液,制作图1所示那样的为AA尺寸的圆筒型且设计容量为1500mAh的碱性蓄电池。
这里,在制作上述碱性蓄电池时,如图1所示,使隔膜3夹置于上述正极1与负极2之间,将它们卷绕成螺旋形之后收纳到电池罐4内。将正极1通过正极引线5连接到正极盖6,并且将负极2通过负极引线7连接到电池罐4,将碱性电解液注入到该电池罐4内。然后通过绝缘密封件8对电池罐4与正极盖6之间进行密封,通过上述绝缘密封件8使电池罐4与正极盖6电分离。另外,为了使设置在上述正极盖6上的气体放出口6a闭塞,在上述正极盖6与正极外部端子9之间设置通过螺旋弹簧10而施力的闭塞板11,在电池的内压异常上升的情况下,该螺旋弹簧10被压缩从而电池内部的气体被排放到空气中。
(比较例1)
在比较例1中,在上述实施例1中的负极的制作中,不涂布上述氟油即氯三氟乙烯的低聚物而制作负极,除此以外,与上述实施例1的情况同样地制作比较例1的负极和碱性蓄电池。
(比较例2)
在比较例2中,在上述实施例1中的负极的制作中,除了涂布上述氟油即氯三氟乙烯的低聚物以外,还涂布氟树脂即聚四氟乙烯的水分散液,在80℃下干燥20分钟,制作负极,除此以外,与上述实施例1的情况同样地制作比较例2的负极和碱性蓄电池。另外,聚四氟乙烯的涂布量为0.1mg/cm2
(比较例3)
在比较例3中,在上述实施例1中的负极的制作中,除了涂布上述氟油即氯三氟乙烯的低聚物以外,还涂布氟树脂即聚四氟乙烯的水分散液,在80℃下干燥20分钟,制作负极,除此以外,与上述实施例1的情况同样地制作比较例3的负极和碱性蓄电池。另外,聚四氟乙烯的涂布量为0.3mg/cm2
并且,将如上所述制作的实施例1和比较例1~3的各碱性蓄电池分别以150mA的电流充电16小时后,以1500mA的电流放电至电池电压为1.0V,将此作为1个循环,进行3个循环的充放电,将各碱性蓄电池活化。
并且,在活化的实施例1和比较例1~3的各碱性蓄电池的罐底开孔,连接压力传感器后,分别以1500mA的电流充电使电池电压达到最大值之后再降低10mV为止,测定此时的最大电池内压,将比较例1的碱性蓄电池中的电池内压作为100,求出各碱性蓄电池中的内压比,将该结果示于下述的表1中。
另外,将活化了的实施例1和比较例1~3的各碱性蓄电池分别以1500mA的电流充电使电池电压达到最大值之后再降低10mV为止,放置30分钟后,以1500mA的电流放电直至电池电压为1.0V为止,放置30分钟,将此作为1个循环,反复进行充放电,对各碱性蓄电池求出直到放电容量为1000mAh为止的循环数,将比较例1的碱性蓄电池中的循环数作为循环寿命100,求出各碱性蓄电池中的循环寿命比,将该结果示于下述的表1中。
另外,将实施例1和比较例1~3的各碱性蓄电池用负极5枚重叠,将1kg的重石放置于其上,放置1天,确认极板之间的密合性,对于极板处理性进行研究。将在拿起极板时其他极板不密合的情况设为○(极板之间无密合),将在拿起极板时其他极板密合但因极板的重量而剥离的情况设为△(极板之间略微密合),将在拿起极板时其他极板密合、且需要用手剥离的情况设为×(极板之间完全密合),并在下述的表1中示出。
表1
  负极表面的涂布物   涂布量(mg/cm2)   电池内压比   循环寿命   极板处理性
 实施例1   氯三氟乙烯低聚物   0.1   90   110   ○
 比较例1   无   -   100   100   ○
 比较例2   聚四氟乙烯   0.1   95   104   △
 比较例3   聚四氟乙烯   0.3   90   110   ×
其结果是,在负极表面存在0.1mg/cm2的氟油即氯三氟乙烯的低聚物的实施例1的碱性蓄电池相比于在负极表面不存在氟油的比较例1的碱性蓄电池,电池内压特性和循环寿命更优异。另外,实施例1的碱性蓄电池相比于在负极表面存在0.1mg/cm2的氟树脂即聚四氟乙烯的比较例2的碱性蓄电池,电池内压特性和循环寿命更优异。进而,实施例1的负极相比于比较例2的负极,极板处理性更优异。
另外,在负极表面存在0.3mg/cm2的氟树脂即聚四氟乙烯的比较例3的碱性蓄电池中,虽然获得了与实施例1的碱性蓄电池同等的电池内压特性和循环寿命,但比较例3的负极相比于实施例1的负极,极板处理性大幅降低。其理由考虑如下。
在负极表面涂布氟油的情况下,由于负极表面中的负极活性物质表面的凹凸微细结构中存在流动性高的氟油,因而即使在重叠极板的情况下,极板之间也不会密合。另一方面,在负极表面涂布氟树脂的情况下,由于氟树脂的流动性、分散性小,因而氟树脂的颗粒以点状存在于负极表面中的负极活性物质表面的凹凸微细结构上,在重叠极板的情况下,氟树脂之间容易密合。若涂布更多氟树脂的话,极板处理性会进一步降低。
根据上述的结果可知,通过使负极表面存在氟油,能够获得电池内压特性、循环寿命以及极板处理性全部优异的碱性蓄电池用负极和碱性蓄电池。
另外,在上述的实施例和比较例中,作为氟油使用氯三氟乙烯的低聚物,但在使用全氟聚醚的情况下,也可获得同样的效果。
另外,在上述的实施例和比较例中,作为负极使用由前述通式Ln1-xMgxNiy-a-bAlaMb所示的贮氢合金,但氟油的作用即使在使用其他贮氢合金、镉等其他负极材料的情况下也可取得同样的效果。

Claims (5)

1.一种碱性蓄电池用负极,其特征在于,碱性蓄电池用负极中,在负极表面存在氟油。
2.根据权利要求1所述的碱性蓄电池用负极,上述氟油为选自氯三氟乙烯的低聚物、全氟聚醚中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的碱性蓄电池用负极,其特征在于,作为上述负极,使用贮氢合金。
4.根据权利要求3所述的碱性蓄电池用负极,其特征在于,上述贮氢合金为通式Ln1-xMgxNiy-a-bAlaMb所示的贮氢合金,式中,Ln为选自包括Y在内的稀土元素、Zr和Ti中的至少一种元素,M为选自V、Nb、Ta、Cr、Mo、Mn、Fe、Co、Ga、Zn、Sn、In、Cu、Si、P、B中的至少一种元素,且满足0.05≤x≤0.30、0.05≤a≤0.30、0≤b≤0.50、2.8≤y≤3.9的条件。
5.一种碱性蓄电池,该碱性蓄电池具备正极、负极和碱性电解液,其特征在于,上述负极使用权利要求1~4中任一项所述的碱性蓄电池用负极。
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