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JP6948586B2 - Power storage element - Google Patents
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Description

本発明は、ニッケル水素蓄電池などの蓄電素子に関する。 The present invention relates to a power storage element such as a nickel metal hydride storage battery.

従来、水酸化ニッケルを活物質として有する正極と、水素吸蔵合金を有する負極と、電解液と、を含むニッケル水素蓄電池が知られている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, a nickel-metal hydride storage battery containing a positive electrode having nickel hydroxide as an active material, a negative electrode having a hydrogen storage alloy, and an electrolytic solution is known (for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載の電池では、負極の水素吸蔵合金は、少なくとも60〜90wt%のLaを含むミッシュメタルと、Niと、Coと、Mnと、ミッシュメタルに対し原子比で0.015〜0.1の範囲のMgとを構成元素として含む希土類系水素吸蔵合金である。希土類系水素吸蔵合金には、表面処理が施されている。また、電解液は、亜鉛化合物を含有する。 In the battery described in Patent Document 1, the hydrogen storage alloy of the negative electrode contains a misch metal containing at least 60 to 90 wt% La, Ni, Co, Mn, and an atomic ratio of 0.015 to 0 with respect to the misch metal. It is a rare earth hydrogen storage alloy containing Mg in the range of 1 as a constituent element. The rare earth hydrogen storage alloy is surface-treated. In addition, the electrolytic solution contains a zinc compound.

特開2001−291510号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-291510

特許文献1に記載の電池では、充放電を繰り返したあとに容量が低下したり内部抵抗が上昇したりする場合がある。
本実施形態は、充放電を繰り返したあとに容量が低下すること及び内部抵抗が上昇することの両方が抑制された蓄電素子を提供することを課題とする。
In the battery described in Patent Document 1, the capacity may decrease or the internal resistance may increase after repeated charging and discharging.
An object of the present embodiment is to provide a power storage element in which both a decrease in capacity and an increase in internal resistance after repeated charging and discharging are suppressed.

本実施形態の蓄電素子は、4μm以下の太さの繊維を有するセパレータと、亜鉛を含有する電解液とを含む。上記の構成により、充放電を繰り返したあとに容量が低下すること及び内部抵抗が上昇することの両方が抑制される。 The power storage element of the present embodiment includes a separator having fibers having a thickness of 4 μm or less and an electrolytic solution containing zinc. With the above configuration, both the decrease in capacitance and the increase in internal resistance after repeated charging and discharging are suppressed.

本実施形態によれば、充放電を繰り返したあとに容量が低下すること及び内部抵抗が上昇することの両方が抑制された蓄電素子を提供できる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a power storage element in which both the capacity decrease and the internal resistance increase after repeated charging and discharging are suppressed.

図1は、本実施形態に係る蓄電素子(ニッケル水素蓄電池)の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a power storage element (nickel-metal hydride storage battery) according to the present embodiment.

以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図1を参照しつつ説明する。蓄電素子には、二次電池がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材(各構成要素)の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材(各構成要素)の名称と異なる場合がある。 Hereinafter, an embodiment of the power storage element according to the present invention will be described with reference to FIG. The power storage element includes a secondary battery. In the present embodiment, a rechargeable secondary battery will be described as an example of the power storage element. The name of each component (each component) of the present embodiment is that of the present embodiment, and may be different from the name of each component (each component) in the background technology.

本実施形態の蓄電素子1は、アルカリ性の電解液を含むアルカリ蓄電池である。より詳しくは、蓄電素子1は、ニッケル化合物を正極の活物質として有し、水素吸蔵合金を負極の活物質として利用するニッケル水素蓄電池である。この種の蓄電素子1は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子1は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子1は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子1は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子1と組み合わされて蓄電装置(モジュール)に用いられる。蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子1が電気エネルギーを供給する。 The power storage element 1 of the present embodiment is an alkaline storage battery containing an alkaline electrolytic solution. More specifically, the power storage element 1 is a nickel-metal hydride storage battery that has a nickel compound as an active material for a positive electrode and uses a hydrogen storage alloy as an active material for a negative electrode. This type of power storage element 1 supplies electrical energy. The power storage element 1 is used alone or in a plurality. Specifically, the power storage element 1 is used alone when the required output and the required voltage are small. On the other hand, when at least one of the required output and the required voltage is large, the power storage element 1 is used in a power storage device (module) in combination with another power storage element 1. In the power storage device, the power storage element 1 used in the power storage device supplies electrical energy.

蓄電素子1は、図1に示すように、正極21と負極22とセパレータ23とを含む電極群2と、電極群2を収容するケース3と、を備える。また、蓄電素子1は、電極群2及びケース3の他に、ケースの内部に、電解液と、電極群2の正極21とケース3の一部とを導通させる接続部材5等とを含む。 As shown in FIG. 1, the power storage element 1 includes an electrode group 2 including a positive electrode 21, a negative electrode 22, and a separator 23, and a case 3 accommodating the electrode group 2. Further, the power storage element 1 includes, in addition to the electrode group 2 and the case 3, an electrolytic solution and a connecting member 5 and the like for conducting the positive electrode 21 of the electrode group 2 and a part of the case 3 inside the case.

電極群2は、正極21と負極22とがセパレータ23によって互いに絶縁された状態で積層された積層体が巻回されることによって形成される。 The electrode group 2 is formed by winding a laminate in which the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are laminated with each other insulated by the separator 23.

正極21は、集電板と、該集電板に付着した合剤とを有する。集電板は、例えば、発泡ニッケル等の金属板である。合剤は、例えば、粒子状の活物質や導電剤などを含有する。本実施形態では、正極21は、集電板としての発泡ニッケル板に、合剤が塗布されて形成される。なお、正極21の厚さは、通常、300μm以上1200μm以下である。 The positive electrode 21 has a current collector plate and a mixture adhering to the current collector plate. The current collector plate is, for example, a metal plate such as nickel foam. The mixture contains, for example, a particulate active material, a conductive agent, and the like. In the present embodiment, the positive electrode 21 is formed by applying a mixture to a foamed nickel plate as a current collector plate. The thickness of the positive electrode 21 is usually 300 μm or more and 1200 μm or less.

本実施形態の正極21の集電板は、例えば、ニッケル製の発泡板である。集電板は、帯状である。 The current collector plate of the positive electrode 21 of the present embodiment is, for example, a foam plate made of nickel. The current collector plate is strip-shaped.

正極の合剤は、粒子状の活物質(活物質粒子)と、粒子状の導電剤と、バインダとを含有する。正極における単位面積当たりの合剤質量は、通常、100mg/cm 以上500mg/cm 以下である。 The positive electrode mixture contains a particulate active material (active material particles), a particulate conductive agent, and a binder. The mass of the mixture per unit area of the positive electrode is usually 100 mg / cm 2 or more and 500 mg / cm 2 or less.

正極の合剤は、水酸化ニッケルを含有する粒子を活物質粒子として含む。充電に伴って、水酸化ニッケルの一部がオキシ水酸化ニッケルに変化することから、上記の粒子は、オキシ水酸化ニッケルを含有してもよい。上記粒子の粒子径は、通常、5μm以上15μm以下である。正極の合剤は、通常、活物質を95質量%以上99質量%以下含有する。 The positive electrode mixture contains particles containing nickel hydroxide as active material particles. Since a part of nickel hydroxide changes to nickel oxyhydroxide with charging, the above particles may contain nickel oxyhydroxide. The particle size of the particles is usually 5 μm or more and 15 μm or less. The positive electrode mixture usually contains 95% by mass or more and 99% by mass or less of the active material.

正極の合剤は、バインダとして、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)などを含有する。正極の合剤は、通常、バインダを0.1質量%以上0.8質量%以下含有する。正極の合剤は、メチルセルロースなどのセルロース誘導体やキサンタンガムなどの多糖類を、製造時における合剤の増粘剤として含有してもよい。 The positive electrode mixture contains, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), ethylene-propylene-dienter polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), and the like as binders. do. The positive electrode mixture usually contains a binder in an amount of 0.1% by mass or more and 0.8% by mass or less. The positive electrode mixture may contain a cellulose derivative such as methyl cellulose or a polysaccharide such as xanthan gum as a thickener for the mixture during production.

正極の合剤は、導電剤として、炭素質材料、金属材料などを含有する。炭素質材料としては、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛、ケッチェンブラック(登録商標)やアセチレンブラックなどのカーボンブラック、カーボンウィスカー、炭素繊維、気相成長炭素繊維などが挙げられる。金属材料しては、例えば、ニッケル、金、コバルト化合物などが挙げられる。正極の合剤は、通常、導電剤を0質量%以上5質量%以下含有する。導電剤は、通常、粒子状である。 The positive electrode mixture contains a carbonaceous material, a metal material, or the like as a conductive agent. Examples of the carbonaceous material include graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as Ketjen black (registered trademark) and acetylene black, carbon whisker, carbon fiber, and vapor-grown carbon fiber. Examples of the metal material include nickel, gold, cobalt compounds and the like. The positive electrode mixture usually contains 0% by mass or more and 5% by mass or less of the conductive agent. The conductive agent is usually in the form of particles.

負極22は、集電板と、該集電板に付着した合剤とを有する。集電板は、例えば、厚さ方向に複数の孔が空けられた金属板(穿孔鋼板など)である。合剤は、例えば、粒子状の水素吸蔵合金や導電剤などを含有する。本実施形態では、負極22は、集電板としての穿孔鋼板に、合剤が塗布されて形成される。なお、負極22の厚さは、通常、200μm以上800μm以下である。 The negative electrode 22 has a current collector plate and a mixture adhering to the current collector plate. The current collector plate is, for example, a metal plate (perforated steel plate or the like) having a plurality of holes in the thickness direction. The mixture contains, for example, a particulate hydrogen storage alloy, a conductive agent, and the like. In the present embodiment, the negative electrode 22 is formed by applying a mixture to a perforated steel plate as a current collector plate. The thickness of the negative electrode 22 is usually 200 μm or more and 800 μm or less.

本実施形態の負極22の集電板は、例えば、ニッケルめっきが施された穿孔鋼板である。 The current collector plate of the negative electrode 22 of the present embodiment is, for example, a nickel-plated perforated steel plate.

負極の合剤は、粒子状の水素吸蔵合金と、粒子状の導電剤と、バインダとを含有する。負極の合剤の単位面積当たりの質量は、通常、100mg/cm 以上500mg/cm以下である。 The mixture of the negative electrode contains a particulate hydrogen storage alloy, a particulate conductive agent, and a binder. The mass of the negative electrode mixture per unit area is usually 100 mg / cm 2 or more and 500 mg / cm 2 or less.

負極の合剤は、例えば、希土類元素を含有する水素吸蔵合金の粒子を含む。水素吸蔵合金は、例えば、AB型(希土類−Ni系)、AB3.0−3.8型(希土類−Mg−Ni系)又はAB型(Laves相)等の合金である。水素吸蔵合金としては、例えば、Mm1.0Ni4.0Co0.7Al0.3Mn0.3組成の合金が採用される。なお、Mmは、希土類元素の混合物であるミッシュメタル[ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジウム(Pr)、ネオジウム(Nd)など]である。水素吸蔵合金の粒子径は、通常、30μm以上60μm以下である。負極の合剤は、通常、水素吸蔵合金を95質量%以上99質量%以下含有する。 The negative electrode mixture contains, for example, particles of a hydrogen storage alloy containing a rare earth element. The hydrogen storage alloy is, for example, an alloy such as AB 5 type (rare earth-Ni type), AB 3.0-3.8 type (rare earth-Mg-Ni type) or AB 2 type (Laves phase). As the hydrogen storage alloy, for example, an alloy having a composition of Mm 1.0 Ni 4.0 Co 0.7 Al 0.3 Mn 0.3 is adopted. Mm is a misch metal [lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), etc.] which is a mixture of rare earth elements. The particle size of the hydrogen storage alloy is usually 30 μm or more and 60 μm or less. The negative electrode mixture usually contains 95% by mass or more and 99% by mass or less of a hydrogen storage alloy.

前記水素吸蔵合金の粒子は、アルカリ水溶液で処理されたものであることが好ましい。アルカリ水溶液(処理液)としては、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化リチウム(LiOH)のいずれか又は混合溶液を用いることが好ましい。アルカリ水溶液の濃度は、7mol/L以上12mol/L以下であることが好ましく、処理における温度は、80℃以上沸点未満であることが好ましく、処理時間は、1時間以上4時間以下であることが好ましい。特に、水素吸蔵合金がAB3.0−3.8型(希土類−Mg−Ni−Al系)でありアルカリに腐食しやすいCoを含まない場合、KOHを含むアルカリ水溶液で、濃度10mol/L以上のアルカリ水溶液を用い、110℃以上の温度で、処理時間が1時間以上であることが好ましい。このような処理条件であることにより、水素吸蔵合金の粒子表面に緻密なNi層を形成でき、これにより、水素吸蔵合金の耐腐食性が向上し、サイクル寿命を向上させることができる。 The particles of the hydrogen storage alloy are preferably those treated with an alkaline aqueous solution. As the alkaline aqueous solution (treatment solution), it is preferable to use any one of potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), lithium hydroxide (LiOH) or a mixed solution. The concentration of the alkaline aqueous solution is preferably 7 mol / L or more and 12 mol / L or less, the temperature in the treatment is preferably 80 ° C. or more and less than the boiling point, and the treatment time is 1 hour or more and 4 hours or less. preferable. In particular, when the hydrogen storage alloy is AB 3.0-3.8 type (rare earth-Mg-Ni-Al type) and does not contain Co, which is easily corroded by alkali, an alkaline aqueous solution containing KOH has a concentration of 10 mol / L or more. It is preferable that the treatment time is 1 hour or more at a temperature of 110 ° C. or higher using the alkaline aqueous solution of. Under such treatment conditions, a dense Ni layer can be formed on the particle surface of the hydrogen storage alloy, whereby the corrosion resistance of the hydrogen storage alloy can be improved and the cycle life can be improved.

負極の合剤は、上述した正極の合剤のバインダと同様のバインダを含有する。負極の合剤は、通常、バインダを0.1質量%以上2.0質量%以下含有する。負極の合剤は、メチルセルロースなどのセルロース誘導体やキサンタンガムなどの多糖類を、製造時の合剤の増粘剤として含有してもよい。負極の合剤は、通常、増粘剤を0.01質量%以上0.5質量%以下含有する。 The negative electrode mixture contains the same binder as the positive electrode mixture binder described above. The negative electrode mixture usually contains a binder of 0.1% by mass or more and 2.0% by mass or less. The negative electrode mixture may contain a cellulose derivative such as methyl cellulose or a polysaccharide such as xanthan gum as a thickener of the mixture at the time of production. The negative electrode mixture usually contains a thickener in an amount of 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less.

負極の合剤は、上述した正極の合剤の導電剤と同様の導電剤を含有する。負極の合剤は、通常、導電剤を0質量%以上5質量%以下含有する。導電剤は、通常、粒子状である。 The negative electrode mixture contains the same conductive agent as the positive electrode mixture conductive agent described above. The negative electrode mixture usually contains 0% by mass or more and 5% by mass or less of the conductive agent. The conductive agent is usually in the form of particles.

本実施形態の電極群2では、以上のように構成される正極21と負極22とがセパレータ23によって絶縁された状態で巻回される。即ち、本実施形態の電極群2では、正極21、負極22、及びセパレータ23の積層体が巻回される。セパレータ23は、絶縁性を有する部材である。セパレータ23は、正極21と負極22との間に配置される。これにより、電極群2(詳しくは、積層体)において、正極21と負極22とが互いに絶縁される。また、セパレータ23は、ケース3内において、電解液を保持する。 In the electrode group 2 of the present embodiment, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 configured as described above are wound in a state of being insulated by the separator 23. That is, in the electrode group 2 of the present embodiment, the laminated body of the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23 is wound. The separator 23 is a member having an insulating property. The separator 23 is arranged between the positive electrode 21 and the negative electrode 22. As a result, in the electrode group 2 (specifically, the laminated body), the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are insulated from each other. Further, the separator 23 holds the electrolytic solution in the case 3.

セパレータ23は、帯状である。セパレータ23は、正極21及び負極22間の短絡を防ぐために正極21及び負極22の間に配置されている。 The separator 23 is strip-shaped. The separator 23 is arranged between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 in order to prevent a short circuit between the positive electrode 21 and the negative electrode 22.

セパレータ23は、太さが4μm以下の繊維(以下、極細繊維ともいう)を少なくとも有する。極細繊維の太さは、通常、1μm以上である。極細繊維の太さは、2μm以上であってもよい。また、極細繊維の太さは、3μm以下であってもよい。
セパレータ23が、比較的細い極細繊維を含むことにより、繊維太さが細い分、繊維同士の接点が増え、その分、セパレータ23が電解液を十分に保持できる。セパレータ23がより十分に電解液を保持できる分、充放電が繰り返されたあとであっても、容量が低下したり内部抵抗が上昇したりすることが、抑制されると考えられる。
The separator 23 has at least fibers having a thickness of 4 μm or less (hereinafter, also referred to as ultrafine fibers). The thickness of the ultrafine fibers is usually 1 μm or more. The thickness of the ultrafine fibers may be 2 μm or more. Further, the thickness of the ultrafine fibers may be 3 μm or less.
Since the separator 23 contains relatively fine ultrafine fibers, the number of contacts between the fibers increases as the fiber thickness is thin, and the separator 23 can sufficiently hold the electrolytic solution. Since the separator 23 can hold the electrolytic solution more sufficiently, it is considered that the decrease in capacity and the increase in internal resistance are suppressed even after repeated charging and discharging.

セパレータ23は、4μm以下の太さの繊維(極細繊維)と、10μm以上の太さの繊維(以下、通常繊維ともいう)とを有してもよい。通常繊維の太さは、20μm以下であるとよい。通常繊維の太さは、10μm以上25μm以下であってもよい。 The separator 23 may have fibers having a thickness of 4 μm or less (ultrafine fibers) and fibers having a thickness of 10 μm or more (hereinafter, also referred to as ordinary fibers). Usually, the thickness of the fiber is preferably 20 μm or less. Usually, the thickness of the fiber may be 10 μm or more and 25 μm or less.

セパレータ23における各繊維の太さは、走査型電子顕微鏡または光学顕微鏡によってセパレータ23を観察し、観察像で測定された太さを基にして、観察像の倍率から、各繊維の太さを算出することによって決定される。なお、1本の繊維につき、先端部以外のランダムに選んだ5点の太さを測定し、平均することによって、各繊維の太さを決定する。 The thickness of each fiber in the separator 23 is calculated by observing the separator 23 with a scanning electron microscope or an optical microscope and calculating the thickness of each fiber from the magnification of the observation image based on the thickness measured in the observation image. It is determined by doing. The thickness of each fiber is determined by measuring the thickness of five randomly selected points other than the tip of one fiber and averaging them.

セパレータ23における通常繊維に対する極細繊維の質量比は、5以上40以下であってもよい。
The mass ratio of the ultrafine fibers to the normal fibers in the separator 23 may be 5% or more and 40 % or less.

セパレータ23は、多孔質である。セパレータ23は、例えば、織物又は不織布である。セパレータ23の材質としては、高分子化合物、ガラス、セラミックなどが挙げられる。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)などのポリオレフィン(PO)が挙げられる。 The separator 23 is porous. The separator 23 is, for example, a woven fabric or a non-woven fabric. Examples of the material of the separator 23 include polymer compounds, glass, and ceramics. Examples of the polymer compound include polyesters such as polyacrylonitrile (PAN), polyamide (PA) and polyethylene terephthalate (PET), and polyolefins (PO) such as polypropylene (PP) and polyethylene (PE).

ケース3は、円形の開口を有するケース本体31と、ケース本体31の開口を塞ぐ(閉じる)円板形状の蓋部32と、を有する。ケース3は、ケース本体31の開口周縁部と、蓋部32の周縁部との間に配置されたガスケット33をさらに有する。ケース3は、電極群2と電解液とを内部空間に収容する。ケース3は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。ケース3の材質としては、例えば、鉄や鋼などの鉄系金属材料が挙げられる。ケース3は、例えば、表面にニッケルめっき処理や亜鉛めっき処理が施された金属板によって形成される。 The case 3 has a case main body 31 having a circular opening and a disk-shaped lid portion 32 that closes (closes) the opening of the case main body 31. The case 3 further has a gasket 33 arranged between the opening peripheral edge of the case body 31 and the peripheral edge of the lid 32. The case 3 accommodates the electrode group 2 and the electrolytic solution in the internal space. The case 3 is formed of a metal that is resistant to the electrolytic solution. Examples of the material of the case 3 include iron-based metal materials such as iron and steel. The case 3 is formed of, for example, a metal plate whose surface is nickel-plated or zinc-plated.

ガスケット33は、例えば、絶縁性の合成樹脂で形成される。ケース3は、ケース本体31の開口周縁部と、円板形状の蓋部32の周縁部とをガスケット33を介して重ね合わせた状態で、接合することによって形成される。ガスケット33によって、ケース本体31と、蓋部32とが電気的に絶縁される。また、ケース3は、ケース本体31と蓋部32とによって画定される内部空間を有する。本実施形態では、ケース本体31の開口周縁部と蓋部32の周縁部とは、カシメによって接合される。 The gasket 33 is formed of, for example, an insulating synthetic resin. The case 3 is formed by joining the opening peripheral edge of the case body 31 and the peripheral edge of the disk-shaped lid 32 in a state of being overlapped with each other via the gasket 33. The gasket 33 electrically insulates the case body 31 and the lid 32. Further, the case 3 has an internal space defined by the case main body 31 and the lid portion 32. In the present embodiment, the peripheral edge of the opening of the case body 31 and the peripheral edge of the lid 32 are joined by caulking.

ケース本体31は、開口方向と反対方向の端部が塞がれた円筒形状(即ち、有底円筒形状)を有する。ケース本体31は、中空円筒状の側壁部と、側壁部の一方の開口(ケース本体31の開口と反対側の開口)を塞ぐ円板状の底部とを有する。ケース本体31の内部には、電極群2の巻回軸方向と側壁部の円筒軸方向とが同じ方向となるように、電極群2が収容されている。ケース本体31の底部は、負極22が電気的に接続されることで負極端子として機能する。 The case body 31 has a cylindrical shape (that is, a bottomed cylindrical shape) in which the end portion in the direction opposite to the opening direction is closed. The case main body 31 has a hollow cylindrical side wall portion and a disk-shaped bottom portion that closes one opening of the side wall portion (the opening on the opposite side of the opening of the case main body 31). Inside the case body 31, the electrode group 2 is housed so that the winding axis direction of the electrode group 2 and the cylindrical axis direction of the side wall portion are in the same direction. The bottom of the case body 31 functions as a negative electrode terminal by electrically connecting the negative electrode 22.

蓋部32は、ケース本体31の開口を塞ぐ円板状の部材である。蓋部32の中央部は、外方へ向けて突出している。突出した部分は、弾性を有する接続部材5を介して正極21と電気的に接続されることにより、正極端子として機能する。 The lid portion 32 is a disk-shaped member that closes the opening of the case body 31. The central portion of the lid portion 32 projects outward. The protruding portion functions as a positive electrode terminal by being electrically connected to the positive electrode 21 via an elastic connecting member 5.

蓋部32は、ケース3内のガスを外部に排出可能な安全弁321を有する。安全弁321は、ケース3の内部圧力が所定の圧力まで上昇したときに、該ケース3内から外部にガスを排出する。 The lid portion 32 has a safety valve 321 capable of discharging the gas in the case 3 to the outside. The safety valve 321 discharges gas from the inside of the case 3 to the outside when the internal pressure of the case 3 rises to a predetermined pressure.

電解液は、アルカリ性(例えばpH14〜15)の水溶液である。電解液は、水に電解質を溶解させることによって得られる。電解質は、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物である。本実施形態の電解液は、アルカリ金属の濃度が6〜9Mとなるように、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムなどを水に溶解させたものである。 The electrolytic solution is an alkaline (for example, pH 14 to 15) aqueous solution. The electrolyte is obtained by dissolving the electrolyte in water. The electrolyte is an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide or sodium hydroxide. The electrolytic solution of the present embodiment is prepared by dissolving potassium hydroxide, sodium hydroxide or the like in water so that the concentration of the alkali metal is 6 to 9M.

電解液は、亜鉛を含有する。詳しくは、電解液は、電解液に溶解した亜鉛を含有する。溶解した亜鉛は、通常、イオンの状態(Zn2+や[Zn(OH)2−など)である。例えば、電解液は、酸化亜鉛や水酸化亜鉛などを溶解させることによって調製される。
電解液が亜鉛を含有することにより、正極21のβ-オキシ水酸化ニッケルがγ-オキシ水酸化ニッケルに変わることを抑制できる。β-オキシ水酸化ニッケルがγ体に変わると、正極活物質の膨潤が比較的大きくなり、充放電が繰り返されたあとに容量が低下したり内部抵抗が上昇したりし得る。これに対して、β-オキシ水酸化ニッケルがγ体に変わることを電解液中の亜鉛が抑制することで、充放電が繰り返されたあとに容量が低下したり内部抵抗が上昇したりすることを抑制できる。
また、電解液が亜鉛を含有することにより、負極22の水素吸蔵合金が腐食することを抑制できる。これによっても、充放電が繰り返されたあとに容量が低下したり内部抵抗が上昇したりすることを抑制できる。
The electrolytic solution contains zinc. Specifically, the electrolytic solution contains zinc dissolved in the electrolytic solution. The dissolved zinc is usually in an ionic state (Zn 2+ , [Zn (OH) 4 ] 2-, etc.). For example, the electrolytic solution is prepared by dissolving zinc oxide, zinc hydroxide, or the like.
Since the electrolytic solution contains zinc, it is possible to prevent the β-oxynickel hydroxide of the positive electrode 21 from being changed to γ-oxynickel hydroxide. When β-oxynickel hydroxide is converted to a γ-form, the swelling of the positive electrode active material becomes relatively large, and the capacity may decrease or the internal resistance may increase after repeated charging and discharging. On the other hand, zinc in the electrolytic solution suppresses the conversion of β-oxynickel hydroxide to γ-form, so that the capacity decreases and the internal resistance increases after repeated charging and discharging. Can be suppressed.
Further, since the electrolytic solution contains zinc, it is possible to prevent the hydrogen storage alloy of the negative electrode 22 from corroding. This also makes it possible to prevent the capacitance from decreasing and the internal resistance from increasing after repeated charging and discharging.

電解液は、Zn換算で、亜鉛を0.05mol/L以上1.0mol/L以下含有してもよい。Zn換算とは、電解液における亜鉛の含有量を亜鉛元素(Zn)の量に換算して表すことである。 The electrolytic solution may contain zinc of 0.05 mol / L or more and 1.0 mol / L or less in terms of Zn. The Zn conversion is to convert the zinc content in the electrolytic solution into the amount of zinc element (Zn).

次に、上記実施形態の蓄電素子1の製造方法について説明する。 Next, a method of manufacturing the power storage element 1 of the above embodiment will be described.

蓄電素子1の製造方法では、まず、ニッケル製の発泡板などの集電板に活物質を含む合剤を塗布することによって正極21を作製する。また、穿孔鋼板などの集電板に活物質を含む合剤を塗布することによって負極22を作製する。次に、正極21、セパレータ23、及び負極22を重ね合わせて電極群2を形成する。続いて、電極群2をケース3に入れ、ケース3に電解液を入れることによって蓄電素子1を組み立てる。 In the method for manufacturing the power storage element 1, first, the positive electrode 21 is manufactured by applying a mixture containing an active material to a current collector plate such as a nickel foam plate. Further, the negative electrode 22 is manufactured by applying a mixture containing an active material to a current collector plate such as a perforated steel plate. Next, the positive electrode 21, the separator 23, and the negative electrode 22 are superposed to form the electrode group 2. Subsequently, the electrode group 2 is put into the case 3, and the electrolytic solution is put into the case 3 to assemble the power storage element 1.

正極21の作製では、集電板に、活物質を含む合剤を塗布・充填する。合剤には、通常、Y、Yb等の希土類酸化物とバインダと溶媒(水)とがさらに含まれている。合剤の塗布量を変化させることによって、単位面積当たりの合剤の質量を調整することができる。合剤の塗布方法としては、一般的な方法が採用される。そして、乾燥処理によって、合剤中の水を揮発させる。 In the production of the positive electrode 21, the current collector plate is coated and filled with a mixture containing an active material. The mixture usually further contains a rare earth oxide such as Y or Yb, a binder and a solvent (water). By changing the coating amount of the mixture, the mass of the mixture per unit area can be adjusted. As a method of applying the mixture, a general method is adopted. Then, the water in the mixture is volatilized by the drying treatment.

負極22の作製では、集電板に、活物質を含む合剤を塗布する。合剤には、通常、導電剤とバインダと溶媒(水)とがさらに含まれている。合剤の塗布量を変化させることによって、単位面積当たりの合剤の質量を調整することができる。合剤の塗布方法としては、一般的な方法が採用される。そして、乾燥処理によって、合剤中の水を揮発させる。セパレータ23としては、市販されているものを用いることができる。 In the production of the negative electrode 22, a mixture containing an active material is applied to the current collector plate. The mixture usually further contains a conductive agent, a binder and a solvent (water). By changing the coating amount of the mixture, the mass of the mixture per unit area can be adjusted. As a method of applying the mixture, a general method is adopted. Then, the water in the mixture is volatilized by the drying treatment. As the separator 23, a commercially available one can be used.

電極群2の形成では、正極21と負極22との間にセパレータ23を挟み込んだ積層体を巻回することにより、電極群2を形成する。詳しくは、正極21とセパレータ23と負極22とを重ね合わせ、積層体を作る。積層体を巻回して、電極群2を形成する。 In the formation of the electrode group 2, the electrode group 2 is formed by winding a laminate in which the separator 23 is sandwiched between the positive electrode 21 and the negative electrode 22. Specifically, the positive electrode 21, the separator 23, and the negative electrode 22 are superposed to form a laminated body. The laminate is wound to form the electrode group 2.

電解液は、例えば、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム等を水に溶解させ、さらに酸化亜鉛などの亜鉛化合物を溶解させることによって調製できる。電解液の組成は、ICPやイオンクロマトグラフを利用した分析によって、確認できる。 The electrolytic solution can be prepared, for example, by dissolving potassium hydroxide, sodium hydroxide or the like in water, and further dissolving a zinc compound such as zinc oxide. The composition of the electrolytic solution can be confirmed by analysis using ICP or an ion chromatograph.

蓄電素子1の組み立てでは、ケース3のケース本体31に電極群2を入れ、電解液をケース本体31内に入れる。カシメによって、ケース本体31の開口を蓋部32で塞ぐ。 In assembling the power storage element 1, the electrode group 2 is put into the case main body 31 of the case 3, and the electrolytic solution is put into the case main body 31. By caulking, the opening of the case body 31 is closed with the lid portion 32.

上記のように構成された本実施形態の蓄電素子1は、4μm以下の太さの繊維を有するセパレータ23と、亜鉛を含有する電解液とを含む。斯かる構成により、充放電を繰り返したあとに容量が低下すること及び内部抵抗が上昇することの両方が抑制される。 The power storage element 1 of the present embodiment configured as described above includes a separator 23 having fibers having a thickness of 4 μm or less, and an electrolytic solution containing zinc. With such a configuration, both a decrease in capacitance and an increase in internal resistance after repeated charging and discharging are suppressed.

尚、本発明の蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。 The power storage element of the present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment, and a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment. In addition, some of the configurations of certain embodiments can be deleted.

上記実施形態では、積層体が巻回されてなる電極群2を備えた蓄電素子1について詳しく説明したが、本発明の蓄電素子は、巻回されない積層体を備えてもよい。詳しくは、それぞれ矩形状に形成された正極、セパレータ、負極、及びセパレータが、この順序で複数回積み重ねられてなる電極群を蓄電素子が備えてもよい。蓄電素子1の形状は、特に限定されず、例えば、円柱形状、直方体形状、シート形状等である。 In the above embodiment, the power storage element 1 including the electrode group 2 in which the laminated body is wound has been described in detail, but the power storage element of the present invention may include the laminated body that is not wound. Specifically, the power storage element may include an electrode group in which a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator each formed in a rectangular shape are stacked a plurality of times in this order. The shape of the power storage element 1 is not particularly limited, and is, for example, a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, a sheet shape, or the like.

上記実施形態では、蓄電素子1が充放電可能なアルカリ蓄電池(例えばニッケル水素蓄電池)として用いられる場合について説明したが、蓄電素子1の種類や大きさ(容量)は任意である。また、上記実施形態では、蓄電素子1の一例として、ニッケル水素蓄電池について説明したが、これに限定されるものではない。 In the above embodiment, the case where the power storage element 1 is used as a chargeable / dischargeable alkaline storage battery (for example, a nickel hydrogen storage battery) has been described, but the type and size (capacity) of the power storage element 1 are arbitrary. Further, in the above-described embodiment, the nickel-metal hydride storage battery has been described as an example of the power storage element 1, but the present invention is not limited to this.

蓄電素子1(例えば電池)は、蓄電装置(蓄電素子が電池の場合は電池モジュール)に用いられてもよい。蓄電装置は、少なくとも二つの蓄電素子1と、二つの(異なる)蓄電素子1同士を電気的に接続するバスバ部材と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子に適用されていればよい。 The power storage element 1 (for example, a battery) may be used in a power storage device (a battery module when the power storage element is a battery). The power storage device includes at least two power storage elements 1 and a bus bar member that electrically connects two (different) power storage elements 1 to each other. In this case, the technique of the present invention may be applied to at least one power storage element.

以下に示すようにして、アルカリ蓄電池(ニッケル水素蓄電池)を製造した。 An alkaline storage battery (nickel-metal hydride storage battery) was manufactured as shown below.

(実施例1)
(1)正極の作製
3質量%の亜鉛、及び、0.06質量%のコバルトを固溶状態で含有する水酸化ニッケルの粒子表面に、5質量%のコバルト水酸化物を被覆し、さらに、18M水酸化ナトリウム水溶液を用いて110℃で1時間、空気酸化処理をおこなったものを、正極活物質として用いた。増粘剤(カルボキシメチルセルロース)を溶解させた水溶液と、活物質と、活物質に対して1質量%の酸化イッテルビウムとを混合して、ペーストを調製し、基材面密度が320g/mの発泡ニッケルにペーストを充填し、乾燥させた。その後、所定の厚さ(0.63mm)にプレスすることによって2400mAhの正極板を作製した。
(Example 1)
(1) Preparation of positive electrode The surface of nickel hydroxide particles containing 3% by mass of zinc and 0.06% by mass of cobalt in a solid solution state is coated with 5% by mass of cobalt hydroxide, and further. A material subjected to air oxidation treatment at 110 ° C. for 1 hour using an 18M aqueous sodium hydroxide solution was used as the positive electrode active material. A paste was prepared by mixing an aqueous solution in which a thickener (carboxymethyl cellulose) was dissolved, an active material, and 1% by mass of itterbium oxide with respect to the active material to prepare a paste having a substrate surface density of 320 g / m 2 . Nickel foam was filled with paste and dried. Then, a positive electrode plate of 2400 mAh was produced by pressing to a predetermined thickness (0.63 mm).

(2)負極の作製
平均粒径D50が60μmとなるように粉砕した水素吸蔵合金の粉末(La0.620.13Mg0.15Ni3.45Al0.15組成)を110℃で2時間、10Mの水酸化カリウム水溶液中で激しく撹拌させた。その後、pHが10になるまで水洗を繰り返した。処理後の合金粉末を振動試料型磁力計で測定した結果、磁化は、0.7Am/kgであった。乾燥後の粉末100質量部と、増粘剤(メチルセルロース)を溶解した水溶液とを混合し、さらに、結着剤(スチレンブタジエンゴム)を1質量部加えてペーストを調製した。調製したペーストを、厚さ35μmの穿孔鋼板(開口率50%)の両面に塗布して乾燥させた後、厚さ0.26mmにプレスして、3100mAhの負極板を作製した。
(2) Preparation of negative electrode A hydrogen storage alloy powder (La 0.62 Y 0.13 Mg 0.15 Ni 3.45 Al 0.15 composition) crushed so that the average particle size D50 is 60 μm is prepared at 110 ° C. The mixture was vigorously stirred in a 10 M potassium hydroxide aqueous solution for 2 hours. Then, washing with water was repeated until the pH reached 10. As a result of measuring the treated alloy powder with a vibrating sample magnetometer, the magnetization was 0.7 Am 2 / kg. A paste was prepared by mixing 100 parts by mass of the dried powder with an aqueous solution in which a thickener (methyl cellulose) was dissolved, and further adding 1 part by mass of a binder (styrene butadiene rubber). The prepared paste was applied to both sides of a perforated steel plate (opening ratio 50%) having a thickness of 35 μm, dried, and then pressed to a thickness of 0.26 mm to prepare a negative electrode plate having a thickness of 3100 mAh.

(3)セパレータ
セパレータとして、スルフォン化処理を施した、目付40g/mの不織布を用いた。セパレータは、太さが2〜3μmのPP繊維(極細繊維)と、太さが15〜20μmのPP/PE繊維(通常繊維)とを含んでいた。通常繊維に対する極細繊維の質量比は、30%であった。
(3) Separator As the separator, a non-woven fabric having a basis weight of 40 g / m 2 , which had been subjected to a sulfonization treatment, was used. The separator contained PP fibers (ultrafine fibers) having a thickness of 2 to 3 μm and PP / PE fibers (normal fibers) having a thickness of 15 to 20 μm. The mass ratio of the ultrafine fibers to the normal fibers was 30%.

(4)電解液の調製
電解液としては、以下の方法で調製したものを用いた。溶媒としての水に、KOH、NaOH、及びLiOHを加え、濃度がK/Na/Li=2.5/5/0.5mol/Lとなるように電解液を調製した。さらに、0.5mol/Lの濃度となるようにZnOを加えて溶解し、電解液を調整した。
(4) Preparation of electrolytic solution As the electrolytic solution, the one prepared by the following method was used. KOH, NaOH, and LiOH were added to water as a solvent, and an electrolytic solution was prepared so that the concentration was K / Na / Li = 2.5 / 5 / 0.5 mol / L. Further, ZnO was added and dissolved so as to have a concentration of 0.5 mol / L, and the electrolytic solution was adjusted.

(5)ケース内への電極群の配置
上記の正極、上記の負極、上記の電解液、セパレータ、及びケースを用いて、一般的な方法によって電池を製造した。
まず、セパレータが上記の正極および負極の間に配されて積層されてなるシート状物を巻回した。次に、巻回されてなる電極群を、鉄にニッケルメッキを施した中空円筒形のケース本体内に配置した。続いて、正極をケースの蓋部に電気的に接続させた。一方、負極をケース(電槽缶)の側面に接触させて通電させた。さらに、上記の電解液を、2.3gケース内に入れた。最後に、ケース本体に蓋部を取り付け、かしめることにより、ケースを密閉し、2,400mAhの電池を作製した。
(5) Arrangement of Electrodes Group in Case Using the above positive electrode, the above negative electrode, the above electrolytic solution, the separator, and the case, a battery was manufactured by a general method.
First, a sheet-like material formed by arranging and laminating a separator between the positive electrode and the negative electrode was wound around. Next, the wound electrode group was placed in a hollow cylindrical case body in which iron was nickel-plated. Subsequently, the positive electrode was electrically connected to the lid of the case. On the other hand, the negative electrode was brought into contact with the side surface of the case (electric tank can) to energize. Further, the above electrolytic solution was placed in a 2.3 g case. Finally, a lid portion was attached to the case body and crimped to seal the case, and a battery of 2,400 mAh was produced.

(比較例1)
電解液に酸化亜鉛を添加せずに電池を製造した点以外は、実施例1と同様にして電池を製造した。
(Comparative Example 1)
The battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the battery was manufactured without adding zinc oxide to the electrolytic solution.

(比較例2)
通常繊維のみを有するセパレータを用いて電池を製造した点以外は、実施例1と同様にして電池を製造した。
(Comparative Example 2)
The battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the battery was manufactured using a separator having only ordinary fibers.

(比較例3)
電解液に酸化亜鉛を添加せずに電池を製造した点、通常繊維のみを有するセパレータを用いて電池を製造した点以外は、実施例1と同様にして電池を製造した。
(Comparative Example 3)
The battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the battery was manufactured without adding zinc oxide to the electrolytic solution and the battery was manufactured using a separator having only normal fibers.

(初期化成)
実施例、各比較例の電池について、以下の手順で初期化成をおこなった。20℃で0.1ItA(240mA)の条件で充電を12時間おこない、次いで、0.2ItA(480mA)の条件で1Vとなるまで放電をおこない、これを2サイクル繰り返した。その後、40℃で48時間保存した。そして、20℃で0.1ItA(240mA)の条件で充電を16時間おこない、1時間休止し、0.2ItA(480mA)の条件で1Vとなるまで放電をおこない、これを3サイクル繰り返し、初期化成を終了した。
(Initialization)
The batteries of Examples and Comparative Examples were initialized according to the following procedure. Charging was carried out at 20 ° C. under the condition of 0.1 ItA (240 mA) for 12 hours, then discharging was carried out under the condition of 0.2 ItA (480 mA) until the voltage reached 1 V, and this was repeated for 2 cycles. Then, it was stored at 40 ° C. for 48 hours. Then, it is charged at 20 ° C. under the condition of 0.1 ItA (240 mA) for 16 hours, paused for 1 hour, discharged under the condition of 0.2 ItA (480 mA) until it reaches 1 V, and this is repeated for 3 cycles to initialize. Was finished.

(100サイクル試験後の容量測定と内部抵抗)
20℃で、0.5ItA(1200mA)で−dV=5mVの充電をおこない、0.5時間休止し、1ItA(2400mA)の条件で1Vとなるまで放電をおこない、これを100サイクル繰り返した。その後、放電を0.2ItA(480mA)の条件で1Vとなるまでおこなった。
そして、20℃で0.1ItA(240mA)の条件で充電を16時間おこない、1時間休止し、0.2ItA(480mA)の条件で1Vまで放電をおこない、放電容量を測定した。また、放電状態での電池の接点抵抗計を用いて、1kHzの内部抵抗を20℃で測定した。
(Capacity measurement and internal resistance after 100 cycle test)
The battery was charged at −dV = 5 mV at 0.5 ItA (1200 mA) at 20 ° C., paused for 0.5 hours, discharged under the condition of 1 ItA (2400 mA) until it reached 1 V, and this was repeated for 100 cycles. Then, the discharge was carried out under the condition of 0.2 ItA (480 mA) until it became 1 V.
Then, the battery was charged at 20 ° C. under the condition of 0.1 ItA (240 mA) for 16 hours, paused for 1 hour, discharged to 1 V under the condition of 0.2 ItA (480 mA), and the discharge capacity was measured. Further, the internal resistance at 1 kHz was measured at 20 ° C. using a contact resistance tester of the battery in the discharged state.

(サイクル寿命)
20℃で、0.5ItA(1200mA)で−dV=5mVの充電をおこない、0.5時間休止し、1ItA(2400mA)で1Vとなるまで放電をおこない、1サイクル目の放電容量の60%となったときのサイクル数をサイクル寿命とした。
(Cycle life)
At 20 ° C., charge −dV = 5 mV at 0.5 ItA (1200 mA), rest for 0.5 hours, and discharge at 1 ItA (2400 mA) until it reaches 1 V, which is 60% of the discharge capacity in the first cycle. The number of cycles at that time was defined as the cycle life.

Figure 0006948586
Figure 0006948586

表1から把握されるように、実施例の電池では、充放電を繰り返したあとに容量が低下すること及び内部抵抗が上昇することの両方が顕著に抑制された。また、実施例の電池のサイクル寿命は、比較例の電池のサイクル寿命よりも顕著に長かった。 As can be seen from Table 1, in the battery of the example, both the decrease in capacity and the increase in internal resistance after repeated charging and discharging were remarkably suppressed. In addition, the cycle life of the batteries of the examples was significantly longer than the cycle life of the batteries of the comparative examples.

1:蓄電素子(ニッケル水素蓄電池)、
2:電極群、
21:正極、 22:負極、 23:セパレータ、
3:ケース、 31:ケース本体、 32:蓋部。
1: Power storage element (nickel-metal hydride storage battery),
2: Electrode group,
21: Positive electrode, 22: Negative electrode, 23: Separator,
3: Case, 31: Case body, 32: Cover.

Claims (2)

正極及び負極と、
前記正極及び前記負極の間に配置されたセパレータと、
亜鉛を含有する電解液とを含み、
前記正極は、オキシ水酸化ニッケルを含有する粒子を活物質粒子として含み、
前記負極は、希土類元素を含有する水素吸蔵合金の粒子を活物質粒子として含み、
前記セパレータは、1μm以上4μm以下の太さのポリプロピレン繊維、及び、15μm以上20μm以下の太さのポリオレフィン繊維のみを繊維として有する、蓄電素子。
Positive electrode and negative electrode,
A separator arranged between the positive electrode and the negative electrode,
Containing with an electrolytic solution containing zinc,
The positive electrode contains particles containing nickel oxyhydroxide as active material particles.
The negative electrode contains particles of a hydrogen storage alloy containing a rare earth element as active material particles.
The separator is a power storage element having only polypropylene fibers having a thickness of 1 μm or more and 4 μm or less and polyolefin fibers having a thickness of 15 μm or more and 20 μm or less as fibers.
前記セパレータは、前記1μm以上4μm以下の太さのポリプロピレン繊維として、2μm以上3μm以下の太さのポリプロピレン繊維を有する、請求項1に記載の蓄電素子。 The power storage element according to claim 1, wherein the separator has polypropylene fibers having a thickness of 2 μm or more and 3 μm or less as the polypropylene fibers having a thickness of 1 μm or more and 4 μm or less.
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