JP2001273874A - Rectangular alkaline secondary battery - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 体積エネルギー密度が高く、かつ充放電サイ
クル寿命が長い角形アルカリ二次電池を提供することを
目的とする。
【解決手段】 横断面が長方形になる金属製容器1と、
前記容器1内に収納され、水酸化ニッケルを含有する正
極3及び負極4を含む電極群5と、前記容器1内に収容
されるアルカリ電解液とを具備する角形アルカリ二次電
池において、前記二次電池の体積エネルギー密度は15
0WH/L以上で、前記容器1の硬度は120HV1以
上で、かつ前記容器1の板厚は0.20〜0.40mm
の範囲内であることを特徴とする。
(57) [Problem] To provide a prismatic alkaline secondary battery having a high volume energy density and a long charge / discharge cycle life. SOLUTION: A metal container 1 having a rectangular cross section,
In a prismatic alkaline secondary battery including an electrode group 5 containing a positive electrode 3 and a negative electrode 4 containing nickel hydroxide and contained in the container 1 and an alkaline electrolyte contained in the container 1, The secondary battery has a volume energy density of 15
0 WH / L or more, the hardness of the container 1 is 120 HV1 or more, and the thickness of the container 1 is 0.20 to 0.40 mm.
It is characterized by being within the range.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、角形アルカリ二次
電池に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a prismatic alkaline secondary battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年の電子機器の進展により、その駆動
電源である電池の需要が増大している。これら電池のう
ち、ニッケル水素二次電池あるいはニッケルカドミウム
二次電池などに代表されるアルカリ二次電池は、パソコ
ンや携帯電話などの電源として幅広く利用されている。
アルカリ二次電池には、円筒形と角形のものが知られて
いる。円筒形アルカリ二次電池は、活物質として水酸化
ニッケルを含む正極と負極との間にセパレータが介在さ
れた電極群及びアルカリ電解液が有底円筒状容器内に収
納された構造を有する。一方、角形アルカリ二次電池
は、活物質として水酸化ニッケルを含む正極と負極との
間にセパレータが介在された電極群及びアルカリ電解液
が有底矩形筒状容器内に収納された構造を有する。2. Description of the Related Art With the recent development of electronic equipment, the demand for a battery as a driving power source for the equipment has been increasing. Among these batteries, alkaline secondary batteries such as nickel-hydrogen secondary batteries and nickel-cadmium secondary batteries are widely used as power sources for personal computers and mobile phones.
Cylindrical and prismatic alkaline secondary batteries are known. The cylindrical alkaline secondary battery has a structure in which an electrode group in which a separator is interposed between a positive electrode containing nickel hydroxide as an active material and a negative electrode, and an alkaline electrolyte are accommodated in a bottomed cylindrical container. On the other hand, the prismatic alkaline secondary battery has a structure in which an electrode group in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode containing nickel hydroxide as an active material and an alkaline electrolyte are contained in a bottomed rectangular cylindrical container. .
【0003】アルカリ二次電池の正極は、過充電時並び
に充放電サイクルの進行に伴って膨潤するという性質を
有する。円筒形アルカリ二次電池の容器は、前述したよ
うに有底円筒状をなすため、内部応力に対する形状保持
性が高い。このため、円筒形アルカリ二次電池において
は、正極の膨潤が容器により抑制される。一方、角形ア
ルカリ二次電池の容器は、横断面の形状が長方形になる
有底矩形筒状をなすため、正極膨潤のような内部応力が
加わると長辺側の側面が湾曲しやすく、正極の膨潤を助
長する。正極が膨潤すると正極に空隙が増え、その空隙
にセパレータ中の電解液が移動するため、セパレータの
電解液保持量が低下する。その結果、充放電サイクルの
進行に伴って二次電池の内部抵抗が上昇するため、充放
電サイクル寿命が短くなる。また、正極膨潤に伴う容器
の変形により電池寸法が規格値を外れ、電池を電子機器
に組み込めなくなるという不具合を生じる。[0003] The positive electrode of an alkaline secondary battery has the property of swelling during overcharge and as the charge / discharge cycle progresses. Since the container of the cylindrical alkaline secondary battery has a bottomed cylindrical shape as described above, the container has high shape retention against internal stress. Therefore, in the cylindrical alkaline secondary battery, swelling of the positive electrode is suppressed by the container. On the other hand, the container of the prismatic alkaline secondary battery is a bottomed rectangular tube having a rectangular cross section, so that when an internal stress such as swelling of the positive electrode is applied, the side surface on the long side is easily curved, and the Promotes swelling. When the positive electrode swells, voids increase in the positive electrode, and the electrolyte in the separator moves to the voids, so that the amount of electrolyte retained in the separator decreases. As a result, the internal resistance of the secondary battery increases as the charge / discharge cycle progresses, so that the charge / discharge cycle life is shortened. In addition, the size of the battery deviates from the standard value due to the deformation of the container due to the swelling of the positive electrode, causing a problem that the battery cannot be incorporated into the electronic device.
【0004】このようなことから、角形アルカリ二次電
池においては、容器の板厚を円筒形アルカリ二次電池の
容器の板厚に比べて約1.5〜2倍厚くすることにより
正極の膨潤を抑制することが行われている。[0004] In view of the above, in the prismatic alkaline secondary battery, the swelling of the positive electrode is achieved by making the thickness of the container about 1.5 to 2 times larger than the thickness of the container of the cylindrical alkaline secondary battery. It has been done to suppress.
【0005】ところで、角形アルカリ二次電池は、組電
池にした状態での体積効率が円筒形アルカリ二次電池に
比べて優れているという利点を有する。このため、近
年、需要が高まっており、体積エネルギー密度を向上さ
せることが要望されている。[0005] Incidentally, the prismatic alkaline secondary battery has an advantage that the volume efficiency of the assembled battery is superior to that of the cylindrical alkaline secondary battery. For this reason, demand has been increasing in recent years, and there is a demand for improving the volume energy density.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、角形ア
ルカリ二次電池の容器は肉厚が厚い分、内容積が小さい
ため、体積エネルギー密度の向上に伴って電極群の容積
が増加すると、電解液収容スペースが不足し、十分な量
のアルカリ電解液を注入することができなくなる。その
結果、セパレータ中のアルカリ電解液の枯渇が進みやす
くなるため、サイクル寿命が低下するという問題点を生
じる。However, since the container of the prismatic alkaline secondary battery has a small inner volume due to the large thickness, when the volume of the electrode group increases with an increase in the volume energy density, the electrolytic solution storage Insufficient space makes it impossible to inject a sufficient amount of alkaline electrolyte. As a result, the depletion of the alkaline electrolyte in the separator is apt to proceed, which causes a problem that the cycle life is shortened.
【0007】本発明は、体積エネルギー密度が高く、か
つ充放電サイクル寿命が長い角形アルカリ二次電池を提
供しようとするものである。An object of the present invention is to provide a rectangular alkaline secondary battery having a high volume energy density and a long charge / discharge cycle life.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、横断面が長方
形になる金属製容器と、前記容器内に収納され、水酸化
ニッケルを含有する正極及び負極を含む電極群と、前記
容器内に収容されるアルカリ電解液とを具備する角形ア
ルカリ二次電池において、前記二次電池の体積エネルギ
ー密度は150WH/L以上で、前記容器の硬度は12
0HV1以上で、かつ前記容器の板厚は0.20〜0.
40mmの範囲内であることを特徴とする角形アルカリ
二次電池である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a metal container having a rectangular cross section, an electrode group housed in the container and including a positive electrode and a negative electrode containing nickel hydroxide, and In the prismatic alkaline secondary battery including the contained alkaline electrolyte, the secondary battery has a volume energy density of 150 WH / L or more, and the hardness of the container is 12 WH / L.
0 HV1 or more, and the thickness of the container is 0.20-0.
A prismatic alkaline secondary battery characterized by being within a range of 40 mm.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】本発明に係る角形アルカリ二次電
池は、横断面が長方形になる金属製容器と、前記容器内
に収納され、水酸化ニッケルを含有する正極と負極の間
にセパレータを介在して作製した電極群と、前記容器内
に収容されるアルカリ電解液とを具備する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A prismatic alkaline secondary battery according to the present invention comprises a metal container having a rectangular cross section, a separator housed in the container, and a positive electrode and a negative electrode containing nickel hydroxide. It comprises an electrode group interposed and an alkaline electrolyte contained in the container.
【0010】前記二次電池の体積エネルギー密度は15
0WH/L以上である。この体積エネルギー密度C(W
H/L)は、次式で定義される。The volume energy density of the secondary battery is 15
0 WH / L or more. This volume energy density C (W
H / L) is defined by the following equation.
【0011】C=(CT ×Z)/V…(1) ここで、CT (Ah)は二次電池の理論容量、Z(V)
は二次電池の電圧、V(L)は二次電池の容積(二次電
池の外形寸法より求めた体積)を示す。C = (C T × Z) / V (1) where C T (Ah) is the theoretical capacity of the secondary battery and Z (V)
Represents the voltage of the secondary battery, and V (L) represents the volume of the secondary battery (volume obtained from the external dimensions of the secondary battery).
【0012】また、前記容器の硬度は120HV1以上
で、かつ前記容器の板厚は0.20〜0.40mmの範
囲内である。The hardness of the container is 120 HV1 or more, and the thickness of the container is in the range of 0.20 to 0.40 mm.
【0013】なお、前記電極群は、例えば、水酸化ニッ
ケルを含有する正極と負極とをその間にセパレータを介
在して交互に積層することにより作製されるか、あるい
は前記正極と前記負極をセパレータを介在させながら渦
巻き状に捲回した後、扁平状に加圧成形することにより
作製される。The electrode group may be manufactured by alternately stacking a positive electrode containing nickel hydroxide and a negative electrode with a separator interposed therebetween, or alternatively, the positive electrode and the negative electrode may be separated by a separator. It is produced by spirally winding while being interposed, and then press-molding into a flat shape.
【0014】前記容器、正極,負極,セパレータ及びア
ルカリ電解液について説明する。The container, positive electrode, negative electrode, separator and alkaline electrolyte will be described.
【0015】1)容器 この横断面が長方形になる容器としては、例えば図1に
示すような有底矩形筒状をなす容器C、内方に突出した
形状の段部を有する有底矩形筒状の容器等を挙げること
ができる。1) Container The container having a rectangular cross section is, for example, a container C having a rectangular cylinder with a bottom as shown in FIG. 1, a rectangular cylinder with a bottom having a step portion having an inwardly projecting shape. And the like.
【0016】本願において、容器の板厚とは、容器を構
成する金属板の厚さを意味する。例えば図1において
は、Tが容器の板厚である。In the present application, the thickness of the container means the thickness of a metal plate constituting the container. For example, in FIG. 1, T is the thickness of the container.
【0017】容器の板厚を前記範囲に規定するのは、次
のような理由によるものである。板厚を0.2mm未満
にすると、正極が膨潤した際の内部応力によって容器が
膨らみやすくなり、正極の膨潤を抑制することが困難に
なるため、長寿命を得られなくなる。一方、板厚が0.
4mmを超えると、内部応力に対する容器の抵抗力が高
くなって正極の膨潤を抑制することが可能になるもの
の、容器内体積が小さくなり、十分な量のアルカリ電解
液量を注入できなくなるため、長寿命を得られなくな
る。板厚のより好ましい範囲は、0.25〜0.38m
mである。The reason for limiting the thickness of the container to the above range is as follows. When the plate thickness is less than 0.2 mm, the container tends to swell due to internal stress when the positive electrode swells, and it becomes difficult to suppress the swelling of the positive electrode, so that a long life cannot be obtained. On the other hand, when the plate thickness is 0.
If it exceeds 4 mm, although the resistance of the container to internal stress increases and the swelling of the positive electrode can be suppressed, the volume in the container becomes small, and a sufficient amount of the alkaline electrolyte cannot be injected. Long life cannot be obtained. The more preferable range of the plate thickness is 0.25 to 0.38 m
m.
【0018】容器の硬度を前記範囲に規定するのは、次
のような理由によるものである。硬度を120HV1未
満にすると、正極が膨潤した際の内部応力によって容器
が膨らみやすくなり、正極の膨潤を抑制することが困難
になるため、長寿命を得られなくなる。硬度のより好ま
しい範囲は150HV1以上で、さらに好ましい範囲は
160HV1以上である。また、硬度の上限値は190
HV1にすることが好ましい。The reason why the hardness of the container is defined in the above range is as follows. When the hardness is less than 120 HV1, the container tends to swell due to internal stress when the positive electrode swells, and it becomes difficult to suppress the swelling of the positive electrode, so that a long life cannot be obtained. A more preferable range of the hardness is 150 HV1 or more, and a further preferable range is 160 HV1 or more. The upper limit of the hardness is 190
HV1 is preferred.
【0019】2)正極 この正極は、水酸化ニッケルを含む。2) Positive electrode This positive electrode contains nickel hydroxide.
【0020】前記正極は、例えば、水酸化ニッケルを含
有する活物質、導電剤、結着剤および水を含むペースト
を調製し、前記ペーストを集電体に充填し、これを乾
燥、加圧成形することにより作製される。前記導電剤
は、粉末、あるいは前記活物質の表面を覆う被膜として
前記ペースト中に添加することができる。For the positive electrode, for example, a paste containing an active material containing nickel hydroxide, a conductive agent, a binder and water is prepared, and the paste is filled in a current collector, which is dried and pressed. It is produced by doing. The conductive agent can be added to the paste as a powder or as a coating covering the surface of the active material.
【0021】前記水酸化ニッケルを主成分とする活物質
としては、例えば、水酸化ニッケル粒子、または亜鉛、
コバルト、ビスマス及び銅から選ばれる1種以上の金属
が共晶された水酸化ニッケル粒子を用いることができ
る。Examples of the active material containing nickel hydroxide as a main component include nickel hydroxide particles, zinc,
Nickel hydroxide particles in which at least one metal selected from cobalt, bismuth and copper is eutectic can be used.
【0022】前記導電剤としては、例えば、コバルト及
びコバルト化合物から選ばれる少なくとも1種類を用い
ることができる。前記コバルト化合物としては、例え
ば、三酸化二コバルト(Co2O3)、一酸化コバルト
(CoO)、水酸化コバルト{Co(OH)2}等を挙
げることができる。As the conductive agent, for example, at least one selected from cobalt and a cobalt compound can be used. Examples of the cobalt compound include dicobalt trioxide (Co 2 O 3 ), cobalt monoxide (CoO), and cobalt hydroxide {Co (OH) 2 }.
【0023】前記結着剤としては、例えばカルボキシメ
チルセルロース、メチルセルロース、ポリアクリル酸ナ
トリウム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルア
ルコール等を挙げることができる。Examples of the binder include carboxymethylcellulose, methylcellulose, sodium polyacrylate, polytetrafluoroethylene, and polyvinyl alcohol.
【0024】前記集電体としては、例えばニッケル、ス
テンレスまたはニッケルメッキが施された金属から形成
された網状、スポンジ状、繊維状、もしくはフェルト状
の金属多孔体、パンチドメタルなどの二次元基板の孔の
周縁に凹凸を有するもの等を挙げることができる。The current collector may be a two-dimensional substrate such as a mesh-like, sponge-like, fiber-like, or felt-like porous metal body made of nickel, stainless steel, or nickel-plated metal, or punched metal. Having irregularities on the periphery of the hole.
【0025】3)負極 この負極は、水素吸蔵合金を含む。3) Negative electrode This negative electrode contains a hydrogen storage alloy.
【0026】前記負極は、例えば、水素吸蔵合金粉末を
導電剤、結着剤及び水と共に混練してペーストを調製
し、前記ペーストを導電性基板に充填し、乾燥させた
後、成形することにより製造される。The negative electrode is prepared, for example, by kneading a hydrogen storage alloy powder together with a conductive agent, a binder and water to prepare a paste, filling the paste into a conductive substrate, drying, and then molding. Manufactured.
【0027】前記水素吸蔵合金は、格別制限されるもの
ではなく、電解液中で電気化学的に発生させた水素を吸
蔵でき、かつ放電時にその吸蔵水素を容易に放出できる
ものであればよい。例えば、LaNi5 、MmNi
5 (Mmはミッシュメタル)、LmNi5 (LmはLa
を含む希土類元素から選ばれる少なくとも一種)、これ
らの合金のNiの一部をAl、Mn、Co、Ti、C
u、Zn、Zr、Cr、Bの様な元素で置換した多元素
系のもの、またはTiNi系、TiFe系のものを挙げ
ることができる。特に、一般式LmNiw Cox Mny
Alz (原子比w,y,zの合計値は5.00≦w+x
+y+z≦5.5である)で表される組成の水素吸蔵合
金は充放電サイクル寿命を向上できるために好適であ
る。The hydrogen storage alloy is not particularly limited, and may be any as long as it can store hydrogen electrochemically generated in an electrolytic solution and can easily release the stored hydrogen during discharge. For example, LaNi 5 , MmNi
5 (Mm is misch metal), LmNi 5 (Lm is La
At least one element selected from the group consisting of rare earth elements containing Al, Mn, Co, Ti, and C.
Examples thereof include a multi-element-based material substituted with an element such as u, Zn, Zr, Cr, and B, or a TiNi-based or TiFe-based material. In particular, the general formula LmNi w Co x Mn y
Al z (the total value of atomic ratios w, y, and z is 5.00 ≦ w + x
+ Y + z ≦ 5.5) The hydrogen storage alloy having the composition represented by the following formula (1) is preferable because the charge-discharge cycle life can be improved.
【0028】前記導電剤としては、例えばカーボンブラ
ック、黒鉛等を挙げることができる。Examples of the conductive agent include carbon black and graphite.
【0029】前記結着剤としては、例えばポリアクリル
酸ソーダ、ポリアクリル酸カリウム等のポリアクリル酸
塩、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフ
ッ素系樹脂、またはカルボキシメチルセルロース(CM
C)等を挙げることができる。Examples of the binder include polyacrylates such as sodium polyacrylate and potassium polyacrylate, fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), and carboxymethyl cellulose (CM).
C) and the like.
【0030】前記導電性基板としては、例えばパンチド
メタル、エキスパンデッドメタル、ニッケルネット、ニ
ッケル板等の二次元基板や、フェルト状の金属多孔体
や、スポンジ状金属多孔体などの三次元基板を挙げるこ
とができる。Examples of the conductive substrate include a two-dimensional substrate such as a punched metal, an expanded metal, a nickel net, and a nickel plate, and a three-dimensional substrate such as a felt-like porous metal or a sponge-like porous metal. Can be mentioned.
【0031】4)セパレータ このセパレータとしては、例えば、ポリアミド繊維製不
織布か、あるいはポリエチレンやポリプロピレン等のポ
リオレフィン繊維製不織布に親水性官能基を付与したも
のを用いることができる。4) Separator As the separator, for example, a nonwoven fabric made of polyamide fiber or a nonwoven fabric made of polyolefin fiber such as polyethylene or polypropylene provided with a hydrophilic functional group can be used.
【0032】5)アルカリ電解液 前記アルカリ電解液としては、例えば、水酸化ナトリウ
ム(NaOH)の水溶液、水酸化リチウム(LiOH)
の水溶液、水酸化カリウム(KOH)の水溶液、NaO
HとLiOHの混合液、KOHとLiOHの混合液、K
OHとLiOHとNaOHの混合液等を用いることがで
きる。5) Alkaline Electrolyte As the alkaline electrolyte, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH), lithium hydroxide (LiOH)
Aqueous solution, potassium hydroxide (KOH) aqueous solution, NaO
H and LiOH mixed solution, KOH and LiOH mixed solution, K
A mixed solution of OH, LiOH, and NaOH can be used.
【0033】本発明に係る角形アルカリ二次電池の一例
を図2に示す。FIG. 2 shows an example of the prismatic alkaline secondary battery according to the present invention.
【0034】負極端子を兼ね、横断面が長方形になる金
属製容器1は、板厚が0.2〜0.4mmの範囲内で、
硬度が120HV1以上である。この容器1は、開口部
上端を内方に折り曲げることにより形成された折り曲げ
部1a並びに前記開口部の下端に形成された内方に突出
した形状の段部1bを有する有底矩形筒状をなす。前記
容器1内には、前記袋状のセパレータ2内に収納された
正極3と負極4とが交互に積層された電極群がその積層
方向が前記容器1の長手方向と直交するように収納され
ている。前記電極群の最外層の負極4は、前記容器1の
内面と接している。アルカリ電解液は、前記容器1内に
収容されている。防爆機能及び正極端子を兼ねる封口部
材6は、前記容器1の開口部に絶縁性ガスケット7を介
してかしめ固定され、中央にガス抜き孔8を有する矩形
封口板9と、前記封口板9に前記ガス抜き孔8を囲むよ
うに配置された突起状の正極端子10と、前記封口板9
と前記正極端子10で囲まれた空間内に前記ガス抜き孔
8を塞ぐように圧縮状態で配置された弾性弁体11とを
有する。なお、前記正極端子10には複数のガス抜き孔
12が開口されている。正極リード13は、一端が前記
正極3に接続、他端が前記封口板9の下面に接続されて
いる。The metal container 1 also serving as the negative electrode terminal and having a rectangular cross section has a thickness of 0.2 to 0.4 mm.
Hardness is 120 HV1 or more. The container 1 has a bottomed rectangular cylindrical shape having a bent portion 1a formed by bending an upper end of an opening inward and a stepped portion 1b formed at the lower end of the opening and projecting inward. . In the container 1, an electrode group in which positive electrodes 3 and negative electrodes 4 housed in the bag-shaped separator 2 are alternately stacked is housed such that the stacking direction is orthogonal to the longitudinal direction of the container 1. ing. The outermost negative electrode 4 of the electrode group is in contact with the inner surface of the container 1. The alkaline electrolyte is contained in the container 1. A sealing member 6 serving both as an explosion-proof function and a positive electrode terminal is fixed by caulking to the opening of the container 1 via an insulating gasket 7, and has a rectangular sealing plate 9 having a gas vent hole 8 at the center, and A protruding positive electrode terminal 10 arranged to surround the gas vent hole 8;
And an elastic valve element 11 arranged in a compressed state so as to close the gas vent hole 8 in a space surrounded by the positive electrode terminal 10. The positive electrode terminal 10 is provided with a plurality of gas vent holes 12. One end of the positive electrode lead 13 is connected to the positive electrode 3, and the other end is connected to the lower surface of the sealing plate 9.
【0035】以上説明した本発明によれば、横断面が長
方形になる金属製容器と、前記容器内に収納され、水酸
化ニッケルを含有する正極及び負極を含む電極群と、前
記容器内に収容されるアルカリ電解液とを具備する角形
アルカリ二次電池において、前記二次電池の体積エネル
ギー密度を150WH/L以上にし、前記容器の硬度を
120HV1以上にし、かつ前記容器の板厚を0.20
〜0.40mmの範囲内にすることによって、高容量
で、かつ長寿命な角形アルカリ二次電池を提供すること
ができる。According to the present invention described above, a metal container having a rectangular cross section, an electrode group housed in the container and including a positive electrode and a negative electrode containing nickel hydroxide, and an electrode group housed in the container The secondary battery has a volume energy density of 150 WH / L or more, a hardness of the container of 120 HV1 or more, and a thickness of the container of 0.20 or more.
When the thickness is in the range of about 0.40 mm, a rectangular alkaline secondary battery having a high capacity and a long life can be provided.
【0036】すなわち、硬度が120HV1以上で、か
つ板厚が0.20〜0.40mmである容器は、内容積
が高いため、体積エネルギー密度を150WH/L以上
にした際に十分な量のアルカリ電解液を収容することが
できる。また、この容器は、内部応力に対して変形し難
く、体積エネルギー密度が150WH/L以上の電極群
が膨潤するのを抑制することができる。その結果、充放
電サイクルの進行に伴って内部抵抗が上昇するのを抑制
することができるため、充放電サイクル寿命を向上する
ことができ、高容量で、かつ長寿命な角形アルカリ二次
電池を提供することができる。That is, since a container having a hardness of 120 HV1 or more and a plate thickness of 0.20 to 0.40 mm has a high internal volume, a sufficient amount of alkali is required when the volume energy density is 150 WH / L or more. An electrolyte can be accommodated. Further, this container is hardly deformed by internal stress, and can suppress swelling of the electrode group having a volume energy density of 150 WH / L or more. As a result, since the internal resistance can be suppressed from increasing with the progress of the charge / discharge cycle, the charge / discharge cycle life can be improved, and a high-capacity, long-life rectangular alkaline secondary battery can be obtained. Can be provided.
【0037】[0037]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0038】(実施例1) <正極の作製>水酸化ニッケル粉末90重量部及び水酸
化コバルト粉末7.5重量部からなる混合粉体に、前記
水酸化ニッケル粉末に対してカルボキシメチルセルロー
ス0.3重量部ならびにポリテトラフルオロエチレンの
ディスパージョン(比重1.5、固形分60重量%)
1.5重量部を添加し、これらに純水30重量部を添加
して混合することによりペーストを調製した。つづい
て、このペーストをニッケルメッキした発泡メタル基板
内に充填し、乾燥した後、ローラプレスして圧延成形す
ることによりペースト式正極を作製した。Example 1 <Preparation of Positive Electrode> A mixed powder consisting of 90 parts by weight of nickel hydroxide powder and 7.5 parts by weight of cobalt hydroxide powder was added to 0.3 parts of carboxymethyl cellulose with respect to the nickel hydroxide powder. Parts by weight and dispersion of polytetrafluoroethylene (specific gravity 1.5, solid content 60% by weight)
A paste was prepared by adding 1.5 parts by weight, adding 30 parts by weight of pure water thereto and mixing. Subsequently, the paste was filled in a nickel-plated foamed metal substrate, dried, and then roll-pressed to form a paste-type positive electrode.
【0039】<負極の作製>市販のランタン富化したミ
ッシュメタルMmと、Ni、Co、Mn、Alとを用い
て高周波炉によりMmNi3.6Co0.8Mn0.4Al0.2の
水素吸蔵合金を作製した。前記水素吸蔵合金を機械粉砕
し、得られた水素吸蔵合金粉末100重量部に対してポ
リアクリル酸ナトリウム0.4重量部、カルボキシメチ
ルセルロース(CMC)0.1重量部、ポリテトラフル
オロエチレンのディスパージョン(比重1.5、固形分
60重量%)を固形分換算で1.5重量部、カーボン粉
末0.8重量部及び水55重量部を添加し、混練するこ
とによりペーストを調製した。各ペーストを導電性基板
としてのパンチドメタルに塗布、乾燥し、さらにローラ
ープレスで加圧成形することにより負極を作製した。<Preparation of Negative Electrode> A commercially available hydrogen-absorbing alloy of MmNi 3.6 Co 0.8 Mn 0.4 Al 0.2 was prepared using a commercially available lanthanum-enriched misch metal Mm, Ni, Co, Mn, and Al in a high-frequency furnace. The hydrogen storage alloy is mechanically pulverized, and a dispersion of sodium polyacrylate 0.4 part by weight, carboxymethyl cellulose (CMC) 0.1 part by weight, and polytetrafluoroethylene with respect to 100 parts by weight of the obtained hydrogen storage alloy powder. (Specific gravity 1.5, solid content 60% by weight), 1.5 parts by weight in terms of solid content, 0.8 parts by weight of carbon powder and 55 parts by weight of water were added and kneaded to prepare a paste. Each paste was applied to a punched metal as a conductive substrate, dried, and then subjected to pressure molding with a roller press to produce a negative electrode.
【0040】<セパレータ>ポリプロピレン樹脂からメ
ルトブロー法によって平均直径が3μmの長繊維からな
り、目付量が42g/m2で、厚さが0.18mmの不
織布を作製した。この不織布をアクリル酸水溶液に浸漬
した後、紫外線を照射してアクリル酸モノマーをグラフ
ト重合させ、洗浄して未反応のアクリル酸を除去した
後、乾燥することによって、イオン交換基としてカルボ
キシル基(COOH)を有するポリプロピレン繊維を主
体とするセパレータを得た。<Separator> A nonwoven fabric made of long fibers having an average diameter of 3 μm, a basis weight of 42 g / m 2 and a thickness of 0.18 mm was prepared from a polypropylene resin by a melt blow method. The nonwoven fabric is immersed in an aqueous solution of acrylic acid, irradiated with ultraviolet light to graft polymerize the acrylic acid monomer, washed to remove unreacted acrylic acid, and then dried to obtain a carboxyl group (COOH) as an ion exchange group. ) Was obtained.
【0041】得られたペースト式正極を前記セパレータ
で包被した。このような正極と負極とを最外層が負極に
なるように交互に積層して電極群を作製した。開口部
と、前記開口部を拡口することにより前記開口部の下方
に形成された段部と、前記段部の下方に存在する胴部と
を持つ有底矩形筒状容器内に前記電極群を収納した。こ
の時、電極群の最外層の負極を容器の長辺側の内面に接
触させた。なお、容器は、JIS規格で定められたグレ
ードがSPCC―SBである鋼製で、硬度及び板厚が下
記表1に示す値のものであった。The obtained paste-type positive electrode was covered with the separator. Such a positive electrode and a negative electrode were alternately laminated such that the outermost layer became the negative electrode, to prepare an electrode group. The electrode group is placed in a bottomed rectangular cylindrical container having an opening, a step formed below the opening by expanding the opening, and a body present below the step. Was stored. At this time, the negative electrode in the outermost layer of the electrode group was brought into contact with the inner surface on the long side of the container. The container was made of steel having a grade specified by JIS standards of SPCC-SB, and had the hardness and plate thickness shown in Table 1 below.
【0042】次いで、前記容器内に7mol/m3のK
OH及び1mol/m3のLiOHからなるアルカリ電
解液を容器内体積の30%を占める量注入した。この時
の注入量は下記表1に示すように1.08cm3であっ
た。但し、容器内体積Vは、下記(1)式により算出さ
れる。Next, 7 mol / m 3 of K was placed in the container.
An alkaline electrolyte composed of OH and 1 mol / m 3 LiOH was injected in an amount occupying 30% of the volume in the container. The injection amount at this time was 1.08 cm 3 as shown in Table 1 below. However, the container internal volume V is calculated by the following equation (1).
【0043】 V(cm3)=(L1―2T)×(L2―2T)×H …(1) 但し、(1)式において、L1は容器外径寸法のうち長
辺側の幅で、L2は容器外径寸法のうち短辺側の幅で、
Tは容器板厚で、Hは容器内高さである。V (cm 3 ) = (L 1 −2T) × (L 2 −2T) × H (1) In the formula (1), L 1 is the width of the outer diameter of the container on the long side. Where L 2 is the width of the shorter side of the outer diameter of the container,
T is the thickness of the container, and H is the height inside the container.
【0044】ひきつづき、防爆機能及び正極端子を兼ね
る封口部材が絶縁ガスケット内に収納されたもの(封口
体)を用意し、前記封口部材と前記容器内に収納された
正極をリードで接続した後、前記封口体を前記容器内の
前記段部に載置した。次いで、前記容器の開口部を縮径
した後、前記開口部の上端を内方に折り曲げることによ
り前記封口部材を前記容器の開口部に前記絶縁ガスケッ
トを介してかしめ固定し、図2に示す構造を有し、体積
エネルギー密度が150WH/Lで、高さが47.5m
m、長い方の幅が16.5mm、短い方の幅(電池厚
さ)が5.6mmの角形ニッケル水素二次電池を組み立
てた。Subsequently, a member (sealing member) in which a sealing member also serving as an explosion-proof function and a positive electrode terminal was housed in an insulating gasket was prepared, and after connecting the sealing member and the positive electrode housed in the container with a lead, The closure was placed on the step in the container. Then, after reducing the diameter of the opening of the container, the upper end of the opening is bent inward to fix the sealing member to the opening of the container via the insulating gasket, and the structure shown in FIG. Having a volume energy density of 150 WH / L and a height of 47.5 m.
m, a prismatic nickel-metal hydride secondary battery having a long width of 16.5 mm and a short width (battery thickness) of 5.6 mm.
【0045】(実施例2〜3)容器板厚を下記表1に示
すように変更すること以外は、前述した実施例1で説明
したのと同様にして角形ニッケル水素二次電池を組み立
てた。(Examples 2 and 3) A prismatic nickel-metal hydride secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1 except that the thickness of the container was changed as shown in Table 1 below.
【0046】(実施例4〜5)容器板厚及び容器硬度を
下記表1に示すように変更すること以外は、前述した実
施例1で説明したのと同様にして角形ニッケル水素二次
電池を組み立てた。(Examples 4 and 5) A prismatic nickel-metal hydride secondary battery was manufactured in the same manner as described in Example 1 except that the thickness and hardness of the container were changed as shown in Table 1 below. Assembled.
【0047】(比較例1)容器硬度及び容器板厚を下記
表1に示すように変更すること以外は、前述した実施例
1で説明したのと同様にして角形ニッケル水素二次電池
を組み立てた。Comparative Example 1 A prismatic nickel-metal hydride secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1 except that the container hardness and the container plate thickness were changed as shown in Table 1 below. .
【0048】(比較例2)容器硬度、容器板厚及び体積
エネルギー密度を下記表1に示すように変更すること以
外は、前述した実施例1で説明したのと同様にして角形
ニッケル水素二次電池を組み立てた。Comparative Example 2 A square nickel metal hydride secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the container hardness, the container plate thickness, and the volume energy density were changed as shown in Table 1 below. The battery was assembled.
【0049】(比較例3)体積エネルギー密度を下記表
1に示すように変更すること以外は、前述した比較例2
で説明したのと同様にして角形ニッケル水素二次電池を
組み立てた。(Comparative Example 3) The same as in Comparative Example 2 described above except that the volume energy density was changed as shown in Table 1 below.
A prismatic nickel-metal hydride secondary battery was assembled in the same manner as described above.
【0050】得られた実施例1〜5及び比較例1〜3の
二次電池について、25℃の雰囲気において、1CmA
で−ΔV(10mV)充電した後、1CmAで電池電圧
1.0Vに達するまで放電する充放電サイクルを繰り返
し、サイクル寿命を測定し、その結果を下記表1に示
す。但し、各サイクル毎の放電容量は、電池電圧が1V
に達するまでの時間から算出した。また、サイクル寿命
は、放電容量が1サイクル目の80%まで低下したサイ
クル数とした。Regarding the obtained secondary batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, 1 CmA in an atmosphere of 25 ° C.
After charging the battery at −ΔV (10 mV), the battery was repeatedly charged and discharged at 1 CmA until the battery voltage reached 1.0 V, the cycle life was measured, and the results are shown in Table 1 below. However, the discharge capacity for each cycle is as follows:
Calculated from the time to reach. The cycle life was defined as the number of cycles at which the discharge capacity decreased to 80% in the first cycle.
【0051】さらに、放電容量が1サイクル目の80%
まで低下したサイクル時点における電池厚さ変化量を測
定し、その結果を下記表1に示す。Further, the discharge capacity is reduced to 80% in the first cycle.
The amount of change in the battery thickness at the time of the cycle when the battery life was lowered was measured.
【0052】[0052]
【表1】 [Table 1]
【0053】表1から明らかなように、硬度が120H
V1以上で、かつ板厚が0.20〜0.40mmである
容器を備え、体積エネルギー密度が150WH/L以上
である実施例1〜5の二次電池は、容器の変形が少な
く、かつサイクル寿命が長いことがわかる。As is clear from Table 1, the hardness is 120H.
The secondary batteries of Examples 1 to 5 including a container having a plate thickness of 0.20 to 0.40 mm and having a plate thickness of 0.20 to 0.40 mm and a volume energy density of 150 WH / L or more have a small deformation of the container and a cycle. It can be seen that the life is long.
【0054】これに対し、硬度が120HV1より低
く、かつ板厚が0.20mmより薄い容器を備えた比較
例1の二次電池は、容器の変形量が多く、サイクル寿命
が短いことがわかる。また、硬度が120HV1より低
く、板厚が0.40mmより厚い容器を備えた比較例3
の二次電池は、収容可能な電解液量が少なく、サイクル
寿命が短いことがわかる。さらに、比較例2から、体積
エネルギー密度が150WH/Lより低い時には、比較
例3のような板厚の厚い容器を用いても長寿命が得られ
ることがわかる。On the other hand, it is understood that the secondary battery of Comparative Example 1 provided with a container having a hardness lower than 120 HV1 and a plate thickness smaller than 0.20 mm has a large amount of deformation of the container and a short cycle life. Comparative Example 3 provided with a container having a hardness lower than 120 HV1 and a plate thickness larger than 0.40 mm
It can be seen that the secondary battery has a small amount of electrolyte that can be accommodated and has a short cycle life. Furthermore, it is understood from Comparative Example 2 that when the volume energy density is lower than 150 WH / L, a long life can be obtained even with a thick container as in Comparative Example 3.
【0055】なお、前述した実施例においては、内方に
突出した形状の段部を有する有底矩形筒状の容器を用い
てかしめ封口した角形アルカリ二次電池に適用した例を
説明したが、有底矩形筒状の容器を用いてレーザ封口し
た角形アルカリ二次電池にも同様に適用することができ
る。In the above-described embodiment, an example was described in which the present invention was applied to a square alkaline secondary battery which was sealed using a bottomed rectangular cylindrical container having an inwardly projecting step, and which was sealed. The present invention can be similarly applied to a square alkaline secondary battery that is laser-sealed using a bottomed rectangular cylindrical container.
【0056】[0056]
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る角形ア
ルカリ二次電池によれば、高容量化を図ることができ、
かつ充放電サイクル寿命を向上することができる等の顕
著な効果を奏する。As described in detail above, according to the prismatic alkaline secondary battery of the present invention, a high capacity can be achieved,
In addition, remarkable effects such as improvement of the charge / discharge cycle life can be obtained.
【図1】本発明に係る角形アルカリ二次電池に含まれる
容器の一例を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an example of a container included in a prismatic alkaline secondary battery according to the present invention.
【図2】本発明に係る角形アルカリ二次電池の一例を示
す部分切欠断面図。FIG. 2 is a partially cutaway sectional view showing an example of the prismatic alkaline secondary battery according to the present invention.
1…容器、 2…セパレータ、 3…正極、 4…負極、 5…電極群、 6…防爆機能及び正極端子を兼ねる封口部材、 7…絶縁性ガスケット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Container, 2 ... Separator, 3 ... Positive electrode, 4 ... Negative electrode, 5 ... Electrode group, 6 ... Sealing member which doubles as an explosion-proof function and a positive electrode terminal, 7 ... Insulating gasket.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴岡 浩行 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東芝 電池株式会社内 Fターム(参考) 5H011 AA01 BB04 CC06 KK01 KK07 5H028 AA07 HH00 HH05 HH10 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroyuki Shibaoka 3-4-10 Minamishinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Toshiba Battery Corporation F-term (reference) 5H011 AA01 BB04 CC06 KK01 KK07 5H028 AA07 HH00 HH05 HH10
Claims (1)
記容器内に収納され、水酸化ニッケルを含有する正極及
び負極を含む電極群と、前記容器内に収容されるアルカ
リ電解液とを具備する角形アルカリ二次電池において、 前記二次電池の体積エネルギー密度は150WH/L以
上で、前記容器の硬度は120HV1以上で、かつ前記
容器の板厚は0.20〜0.40mmの範囲内であるこ
とを特徴とする角形アルカリ二次電池。1. A metal container having a rectangular cross section, an electrode group housed in the container and containing a positive electrode and a negative electrode containing nickel hydroxide, and an alkaline electrolyte solution housed in the container. In the prismatic alkaline secondary battery provided, a volume energy density of the secondary battery is 150 WH / L or more, a hardness of the container is 120 HV1 or more, and a plate thickness of the container is in a range of 0.20 to 0.40 mm. A prismatic alkaline secondary battery characterized by the following.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000089195A JP2001273874A (en) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | Rectangular alkaline secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
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- 2000-03-28 JP JP2000089195A patent/JP2001273874A/en active Pending
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