JP7724274B2 - Nickel-zinc battery - Google Patents
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Description
本発明は、ニッケル亜鉛電池に関する。 The present invention relates to a nickel-zinc battery.
亜鉛電池としては、ニッケル亜鉛電池、空気亜鉛電池、銀亜鉛電池等が知られている。例えば、ニッケル亜鉛電池は、水酸化カリウム水溶液等の水系電解液を用いる水系電池であることから、高い安全性を有するとともに、亜鉛電極とニッケル電極との組み合わせにより、水系電池としては高い起電力を有することが知られている。さらに、ニッケル亜鉛電池は、優れた入出力性能に加えて、低コストであることから、産業用途(例えば、バックアップ電源等の用途)及び自動車用途(例えば、ハイブリッド自動車等の用途)への適用可能性が検討されている。特許文献1には、密閉型ニッケル亜鉛電池の負極に用いられる亜鉛極板に関する技術が開示されている。特許文献1に記載された亜鉛極板は、銅または銅合金からなる多孔質マット、または樹脂製発泡体を銅メッキした多孔質マットに、金属亜鉛または酸化亜鉛の少なくとも一方と結着剤とを含有させてなる活物質を充填して構成されている。 Known zinc batteries include nickel-zinc batteries, air-zinc batteries, and silver-zinc batteries. Nickel-zinc batteries, for example, are aqueous batteries that use an aqueous electrolyte such as a potassium hydroxide solution, making them highly safe. The combination of zinc and nickel electrodes provides a high electromotive force for an aqueous battery. Furthermore, nickel-zinc batteries offer excellent input/output performance and low cost, making them suitable for industrial applications (e.g., backup power sources) and automotive applications (e.g., hybrid vehicles). Patent Document 1 discloses technology related to zinc plates used as the negative electrodes of sealed nickel-zinc batteries. The zinc plates described in Patent Document 1 are constructed by filling a porous mat made of copper or a copper alloy, or a porous mat made by copper-plating a resin foam, with an active material containing at least one of metallic zinc and zinc oxide and a binder.
例えば特許文献1に記載された亜鉛極板のように、亜鉛電池の負極集電体には、従来より銅が多く用いられている。銅は、良好な電気伝導性を有するとともに、高い耐腐食性を有するからである。しかしながら、例えば製造コストといった種々の事情から、銅と代替可能な他の材料を主構成材料とする負極集電体が望まれる場合がある。本発明の一側面は、銅と代替可能な他の材料を主構成材料とする負極集電体を備えるニッケル亜鉛電池を提供することを目的とする。 Copper has traditionally been widely used for the negative electrode current collector of zinc batteries, as in the zinc plate described in Patent Document 1. This is because copper has good electrical conductivity and high corrosion resistance. However, due to various factors, such as manufacturing costs, there are cases where a negative electrode current collector whose main constituent material is another material that can be substituted for copper is desired. One aspect of the present invention aims to provide a nickel-zinc battery having a negative electrode current collector whose main constituent material is another material that can be substituted for copper.
本発明の一側面に係るニッケル亜鉛電池は、正極と、集電体を有する負極と、を備える。集電体は、炭素鋼を主に含む基材と、基材の表面のうち少なくとも一部を被覆する錫メッキ膜と、を有する。 A nickel-zinc battery according to one aspect of the present invention comprises a positive electrode and a negative electrode having a current collector. The current collector has a substrate primarily containing carbon steel and a tin-plated film covering at least a portion of the surface of the substrate.
上記のニッケル亜鉛電池において、錫メッキ膜の膜厚は0.1μm以上5μm以下であってもよい。 In the above-mentioned nickel-zinc battery, the thickness of the tin plating film may be 0.1 μm or more and 5 μm or less.
本発明の一側面によれば、銅と代替可能な他の材料を主構成材料とする負極集電体を備えるニッケル亜鉛電池を提供できる。 One aspect of the present invention provides a nickel-zinc battery having a negative electrode current collector whose main constituent material is a material that can be substituted for copper.
本明細書において、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値と任意に組み合わせることができる。本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。「A又はB」とは、A及びBのどちらか一方を含んでいればよく、両方とも含んでいてもよい。本明細書に例示する材料は、特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。本明細書において、組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。また、本明細書において「膜」又は「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構造に加え、一部に形成されている形状の構造も包含される。 In this specification, numerical ranges indicated using "to" indicate ranges that include the numerical values before and after "to" as the minimum and maximum values, respectively. In numerical ranges described in stages in this specification, the upper or lower limit of a certain numerical range can be arbitrarily combined with the upper or lower limit of another numerical range. In numerical ranges described in this specification, the upper or lower limit of that numerical range may be replaced with a value shown in the examples. "A or B" may include either A or B, or both. Unless otherwise specified, the materials exemplified in this specification can be used alone or in combination of two or more. In this specification, when multiple substances corresponding to each component are present in the composition, the content of each component refers to the total amount of those multiple substances present in the composition, unless otherwise specified. Furthermore, in this specification, the terms "film" and "layer" encompass structures that are formed over the entire surface as well as structures that are formed only partially when observed in a plan view.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。各図における構成要素の大きさは概念的なものであり、構成要素間の大きさの相対的な関係は各図に示されたものに限定されない。 Embodiments of the present invention are described in detail below. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of its gist. The sizes of the components in each figure are conceptual, and the relative size relationships between the components are not limited to those shown in each figure.
図1は、本実施形態の亜鉛電池用負極1を示す模式図である。図1(a)は本実施形態の亜鉛電池用負極1を示す正面図であり、図1(b)は図1(a)のIb-Ib線に沿った断面図である。図1(a)及び図1(b)に示すように、亜鉛電池用負極1は、集電体(負極集電体)2と、負極材層3とを備える。集電体2は、負極材層3からの電流の導電路を構成している。集電体2は、基材21と、錫メッキ膜22とを有する。 Figure 1 is a schematic diagram showing a zinc battery negative electrode 1 of this embodiment. Figure 1(a) is a front view showing a zinc battery negative electrode 1 of this embodiment, and Figure 1(b) is a cross-sectional view taken along line Ib-Ib in Figure 1(a). As shown in Figures 1(a) and 1(b), the zinc battery negative electrode 1 includes a current collector (negative electrode current collector) 2 and a negative electrode material layer 3. The current collector 2 forms a conductive path for current from the negative electrode material layer 3. The current collector 2 includes a substrate 21 and a tin-plated film 22.
基材21は、炭素鋼を主に含み、一例では炭素鋼のみから成る。基材21の構造は特に限定されず、例えば、平板状、シート状等の形状であってよく、発泡金属、エキスパンドメタル、金属繊維のフェルト状物等によって構成された3次元網目構造を有してもよい。一例として、図示の基材21は、厚み方向に基材21を貫通する複数の孔21aを有する。複数の孔21aは、基材21の厚み方向に垂直な平面内において二次元状に分散配置されている。この場合、基材21は炭素鋼から成るパンチングメタルであってよい。炭素鋼は、導電性及び耐アルカリ性を有し、また、負極の反応電位においても安定である。炭素鋼の炭素(C)含有量は、例えば0.001質量%以上0.15質量%以下である。炭素鋼は、炭素(C)のほか、マンガン(Mn)、リン(P)、及び硫黄(S)のうち少なくとも1つを含有してもよい。一例では、マンガン(Mn)含有量は0.001質量%以上0.60質量%以下であり、リン(P)含有量は0.001質量%以上0.05質量%以下であり、硫黄(S)含有量は0.001質量%以上0.05質量%以下である。基材21は、例えば冷間圧延鋼板、または冷間圧延鋼板を加工したものであってよい。加工は、例えば曲げ加工、プレス加工、及び/又は絞り加工などである。冷間圧延鋼板は、例えばSPCCである。規格では、SPCCの炭素(C)の含有量は0.15質量%以下であり、マンガン(Mn)の含有量は0.60質量%以下であり、リン(P)の含有量は0.100質量%以下であり、硫黄(S)の含有量は0.050質量%以下である。基材21の厚みは、例えば0.01mm以上であってよく、0.5mm以下であってよい。また、正面から見た基材21の形状は、例えば長方形、正方形など種々の形状であってよい。正面から見た基材21の面積は、例えば2000mm2以上であってよく、20000mm2以下であってよい。 The substrate 21 primarily contains carbon steel, and in one example, is made solely of carbon steel. The structure of the substrate 21 is not particularly limited and may be, for example, a flat plate or sheet. It may also have a three-dimensional mesh structure composed of foam metal, expanded metal, metal fiber felt, or the like. As an example, the substrate 21 shown in the figure has multiple holes 21a penetrating the substrate 21 in the thickness direction. The multiple holes 21a are two-dimensionally dispersed in a plane perpendicular to the thickness direction of the substrate 21. In this case, the substrate 21 may be a punched metal made of carbon steel. Carbon steel is electrically conductive and alkali-resistant, and is also stable at the reaction potential of the negative electrode. The carbon (C) content of the carbon steel is, for example, 0.001% by mass or more and 0.15% by mass or less. In addition to carbon (C), the carbon steel may also contain at least one of manganese (Mn), phosphorus (P), and sulfur (S). In one example, the manganese (Mn) content is 0.001% by mass or more and 0.60% by mass or less, the phosphorus (P) content is 0.001% by mass or more and 0.05% by mass or less, and the sulfur (S) content is 0.001% by mass or more and 0.05% by mass or less. The substrate 21 may be, for example, a cold-rolled steel plate or a processed cold-rolled steel plate. The processing may be, for example, bending, pressing, and/or drawing. The cold-rolled steel plate may be, for example, SPCC. According to the standard, the carbon (C) content of SPCC is 0.15% by mass or less, the manganese (Mn) content is 0.60% by mass or less, the phosphorus (P) content is 0.100% by mass or less, and the sulfur (S) content is 0.050% by mass or less. The thickness of the substrate 21 may be, for example, 0.01 mm or more and 0.5 mm or less. The shape of the base material 21 as viewed from the front may be various shapes, such as a rectangle, a square, etc. The area of the base material 21 as viewed from the front may be, for example, 2000 mm 2 or more and 20000 mm 2 or less.
錫メッキ膜(錫膜)22は、基材21の表面の全部又は一部を覆う。基材21の少なくとも一部を錫メッキ膜22により覆う場合、基材21の酸化を抑制することができる。また、負極においては、副反応として電解液の分解反応が進行し水素ガスが発生するが、基材21の少なくとも一部を錫メッキ膜22により覆う場合、このような副反応の進行を抑制できる。錫メッキ膜22の膜厚は、例えば0.1μm以上であってよく、5μm以下であってよい。 The tin plating film (tin film) 22 covers all or part of the surface of the substrate 21. When at least a portion of the substrate 21 is covered with the tin plating film 22, oxidation of the substrate 21 can be suppressed. Furthermore, at the negative electrode, a side reaction occurs in which the electrolyte decomposes, generating hydrogen gas. However, when at least a portion of the substrate 21 is covered with the tin plating film 22, the progression of this side reaction can be suppressed. The thickness of the tin plating film 22 may be, for example, 0.1 μm or more and 5 μm or less.
亜鉛電池用負極1に占める炭素鋼の体積割合は、8%以上であることが望ましく、また、18%以下であることが望ましい。なお、ここでいう体積割合とは、下記の式により算出される値である。
体積割合=(負極材層3塗工部の集電体体積)÷(負極材層3の体積)×100
炭素鋼の体積割合が8%以上である場合、拡散抵抗を低く抑えることができ、良好な放電性能を得ることができる。炭素鋼の体積割合が18%以下である場合、炭素鋼の比較的大きい電気抵抗による影響を抑制し、良好な放電性能を得ることができる。なお、従来の亜鉛電池用負極において使用されている銅(Cu)の比電気抵抗が1.7×10-8(Ω・m)であるのに対し、SPCCの比電気抵抗は9.7×10-8(Ω・m)である。
The volume ratio of carbon steel in the zinc battery negative electrode 1 is preferably 8% or more and 18% or less. The volume ratio here is a value calculated by the following formula:
Volume ratio=(volume of the current collector in the coated portion of the negative electrode material layer 3)/(volume of the negative electrode material layer 3)×100
When the volume fraction of carbon steel is 8% or more, the diffusion resistance can be kept low, and good discharge performance can be obtained. When the volume fraction of carbon steel is 18% or less, the influence of the relatively high electrical resistance of carbon steel can be suppressed, and good discharge performance can be obtained. Note that while the specific electrical resistance of copper (Cu), which is used in conventional zinc battery negative electrodes, is 1.7×10 −8 (Ω·m), the specific electrical resistance of SPCC is 9.7×10 −8 (Ω·m).
負極材層3は、負極材により形成された層である。負極材層3は、集電体2の網目(複数の孔21a)の間に負極材が充填されることにより集電体2に支持されている。負極材層3は、亜鉛含有成分を含む。亜鉛含有成分としては、例えば、金属亜鉛、酸化亜鉛及び水酸化亜鉛が挙げられる。亜鉛含有成分は亜鉛電池において負極活物質として機能するものであり、負極活物質の原料と言い換えることもできる。亜鉛含有成分の含有量は、より優れた寿命性能が得られる観点から、負極材の全質量を基準として、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上であり、更に好ましくは75質量%以上である。亜鉛含有成分の含有量は、より優れた寿命性能が得られる観点から、負極材の全質量を基準として、好ましくは95質量%以下であり、より好ましくは90質量%以下であり、更に好ましくは85質量%以下である。 The negative electrode material layer 3 is a layer formed from a negative electrode material. The negative electrode material layer 3 is supported on the current collector 2 by filling the mesh (multiple holes 21a) of the current collector 2 with the negative electrode material. The negative electrode material layer 3 contains a zinc-containing component. Examples of zinc-containing components include metallic zinc, zinc oxide, and zinc hydroxide. The zinc-containing component functions as a negative electrode active material in zinc batteries and can also be referred to as a raw material for the negative electrode active material. To achieve better life performance, the content of the zinc-containing component is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and even more preferably 75% by mass or more, based on the total mass of the negative electrode material. To achieve better life performance, the content of the zinc-containing component is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and even more preferably 85% by mass or less, based on the total mass of the negative electrode material.
負極材層3は、バインダー(結着剤)、導電材等の添加剤を更に含んでいてよい。バインダーとしては、親水性又は疎水性のポリマー等が挙げられる。具体的には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリエチレンオキシド、ポリエチレン、ポリプロピレン等をバインダーとして用いることができる。バインダーは、一種を単独で、又は、複数種を組み合わせて用いることができる。バインダーの粘度は、例えば、濃度2%の水溶液において、室温(25℃)で3000~6000cpであってよく、濃度60%の水溶液において、室温(25℃)で25cp程度であってよい。バインダーの含有量は、例えば、亜鉛含有成分100質量部に対して0.5~10質量部である。導電材としては、酸化インジウム等のインジウム化合物が挙げられる。導電剤の含有量は、例えば、亜鉛含有成分100質量部に対して1~20質量部である。 The negative electrode layer 3 may further contain additives such as a binder (binding agent) and a conductive material. Examples of binders include hydrophilic and hydrophobic polymers. Specific examples of binders that can be used include polytetrafluoroethylene (PTFE), hydroxyethyl cellulose (HEC), carboxymethyl cellulose (CMC), polyethylene oxide, polyethylene, and polypropylene. A single binder can be used, or multiple binders can be used in combination. The viscosity of the binder may be, for example, 3000 to 6000 cp at room temperature (25°C) in a 2% aqueous solution, or approximately 25 cp at room temperature (25°C) in a 60% aqueous solution. The binder content is, for example, 0.5 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the zinc-containing component. Examples of conductive materials include indium compounds such as indium oxide. The conductive material content is, for example, 1 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of the zinc-containing component.
上記の亜鉛電池用負極1を作製する方法としては、例えば、集電体2を用意し、負極材ペーストを集電体2に配置した後に乾燥する方法がある。負極材ペーストは、例えば、負極材ペーストをローラで圧延してシート化して集電体に貼り付ける方法により、集電体に配置されてよい。負極材ペーストは、例えば、集電体2に負極材ペーストを塗布又は充填することにより、集電体2上及び/又は集電体2の内部に配置されてもよい。負極材ペーストを塗布又は充填する方法は、特に限定されず、集電体2の形状、負極材層の形状等に応じて適宜選択してよい。負極材ペーストからなる負極材ペースト層が乾燥されることで負極材からなる負極材層が形成される。負極材層は、必要に応じて、プレス等によって密度を高めてもよい。負極材ペーストは、負極材の原料と、溶媒(例えば水)とを含有する。負極材ペーストは、負極材の原料に対して溶媒(例えば水)を加えて混練することにより得られる。負極材の原料としては、亜鉛含有成分、添加剤等が挙げられる。 One method for producing the zinc battery negative electrode 1 described above is to prepare a current collector 2, place a negative electrode material paste on the current collector 2, and then dry the paste. The negative electrode material paste may be placed on the current collector by, for example, rolling the negative electrode material paste with a roller to form a sheet and attaching it to the current collector. The negative electrode material paste may be placed on and/or inside the current collector 2 by, for example, applying or filling the negative electrode material paste onto the current collector 2. The method for applying or filling the negative electrode material paste is not particularly limited and may be selected appropriately depending on the shape of the current collector 2, the shape of the negative electrode material layer, etc. The negative electrode material layer made of the negative electrode material is formed by drying the negative electrode material paste layer. The negative electrode material layer may be densified by pressing, etc., as necessary. The negative electrode material paste contains a negative electrode material raw material and a solvent (e.g., water). The negative electrode material paste is obtained by adding a solvent (e.g., water) to the negative electrode material raw material and kneading them. Raw materials for the negative electrode include zinc-containing components, additives, etc.
次に、上記の亜鉛電池用負極1が用いられる本実施形態の亜鉛電池の一例として、ニッケル亜鉛電池について説明する。ニッケル亜鉛電池では、負極が亜鉛(Zn)電極であり、正極がニッケル(Ni)電極である。 Next, we will explain a nickel-zinc battery as an example of a zinc battery of this embodiment in which the above-mentioned zinc battery negative electrode 1 is used. In a nickel-zinc battery, the negative electrode is a zinc (Zn) electrode and the positive electrode is a nickel (Ni) electrode.
本実施形態のニッケル亜鉛電池(例えばニッケル亜鉛二次電池)は、例えば、電槽と、電槽に収容された電極群(例えば極板群)及び電解液と、を備える。ニッケル亜鉛電池は化成後又は未化成のいずれであってもよい。ニッケル亜鉛電池が未化成のニッケル亜鉛電池である場合、電極(負極及び正極)は未化成の電極であり、ニッケル亜鉛電池が化成後のニッケル亜鉛電池である場合、電極は化成後の電極である。 The nickel-zinc battery (e.g., nickel-zinc secondary battery) of this embodiment includes, for example, a battery case, an electrode group (e.g., an electrode plate group) and an electrolyte housed in the battery case. The nickel-zinc battery may be either formed or unformed. If the nickel-zinc battery is an unformed nickel-zinc battery, the electrodes (negative and positive electrodes) are unformed electrodes, and if the nickel-zinc battery is a formed nickel-zinc battery, the electrodes are formed electrodes.
電極群は、例えば、負極(例えば負極板)と、正極(例えば正極板)と、両電極の間に設けられたセパレータと、を備える。電極群は、複数の負極、正極及びセパレータを備えていてよい。複数の負極同士及び複数の正極同士は、例えば、ストラップで連結されていてよい。負極は、上述した亜鉛電池用負極1の構成を備える。セパレータは、例えば、平板状、シート状等の形状を有するセパレータである。セパレータとしては、ポリオレフィン系微多孔膜、ナイロン系微多孔膜、耐酸化性のイオン交換樹脂膜、セロハン系再生樹脂膜、無機-有機セパレータ、ポリオレフィン系不織布等が挙げられる。 The electrode group includes, for example, a negative electrode (e.g., a negative electrode plate), a positive electrode (e.g., a positive electrode plate), and a separator disposed between the two electrodes. The electrode group may include multiple negative electrodes, positive electrodes, and separators. The multiple negative electrodes and multiple positive electrodes may be connected to each other, for example, with straps. The negative electrode has the configuration of the zinc battery negative electrode 1 described above. The separator is, for example, a separator having a flat plate or sheet shape. Examples of separators include polyolefin-based microporous membranes, nylon-based microporous membranes, oxidation-resistant ion-exchange resin membranes, cellophane-based recycled resin membranes, inorganic-organic separators, and polyolefin-based nonwoven fabrics.
正極は、正極集電体と、当該正極集電体に支持された正極材と、を有する。正極集電体は、正極材からの電流の導電路を構成する。正極集電体は、例えば、平板状、シート状等の形状を有している。正極集電体は、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属繊維のフェルト状物等によって構成された3次元網目構造の集電体などであってもよい。正極集電体は、導電性及び耐アルカリ性を有する材料で構成されている。このような材料としては、例えば、正極の反応電位でも安定である材料(正極の反応電位よりも貴な酸化還元電位を有する材料、アルカリ水溶液中で基材表面に酸化被膜等の保護被膜を形成して安定化する材料など)を用いることができる。また、正極においては、副反応として電解液の分解反応が進行し酸素ガスが発生するが、酸素過電圧の高い材料はこのような副反応の進行を抑制できる点で好ましい。正極集電体を構成する材料の具体例としては、白金;ニッケル(発泡ニッケル等);ニッケル等の金属メッキを施した金属材料(銅、真鍮、鋼等)などが挙げられる。これらの中でも、発泡ニッケルで構成される正極集電体が好ましく用いられる。高率放電性能を更に向上させることができる観点から、少なくとも正極集電体における正極材を支持する部分(正極材支持部)が発泡ニッケルで構成されていることが好ましい。 The positive electrode comprises a positive electrode current collector and a positive electrode material supported on the positive electrode current collector. The positive electrode current collector forms a conductive path for current from the positive electrode material. The positive electrode current collector may be, for example, flat or sheet-like. The positive electrode current collector may be a collector with a three-dimensional mesh structure composed of foam metal, expanded metal, punched metal, or metal fiber felt. The positive electrode current collector is made of a material that is conductive and alkali-resistant. Examples of such materials include materials that are stable even at the reaction potential of the positive electrode (e.g., materials with a redox potential higher than the reaction potential of the positive electrode, or materials that form a protective coating such as an oxide film on the substrate surface in an alkaline aqueous solution to stabilize the substrate). Furthermore, at the positive electrode, a side reaction occurs in which the electrolyte decomposes, generating oxygen gas. Materials with a high oxygen overvoltage are preferred because they can suppress the progression of such side reactions. Specific examples of materials that can be used to form the positive electrode current collector include platinum; nickel (such as foamed nickel); and metal materials (such as copper, brass, and steel) plated with a metal such as nickel. Among these, a positive electrode current collector made of foamed nickel is preferably used. From the perspective of further improving high-rate discharge performance, it is preferable that at least the portion of the positive electrode current collector that supports the positive electrode material (positive electrode material support portion) be made of foamed nickel.
正極材は、例えば、層状を呈している。すなわち、正極は、正極材層を有していてよい。正極材層は、正極集電体上に形成されていてよい。正極集電体の正極材支持部が3次元網目構造を有する場合、当該集電体の網目の間に正極材が充填されて正極材層が形成されていてもよい。正極材は、ニッケルを含む正極活物質を含有する。正極活物質としては、オキシ水酸化ニッケル(NiOOH)、水酸化ニッケル等が挙げられる。正極材は、例えば、満充電状態ではオキシ水酸化ニッケルを含有し、放電末状態では水酸化ニッケルを含有する。正極活物質の含有量は、例えば、正極材の全質量を基準として50~95質量%であってもよい。 The positive electrode material is, for example, layered. That is, the positive electrode may have a positive electrode material layer. The positive electrode material layer may be formed on a positive electrode current collector. If the positive electrode material support portion of the positive electrode current collector has a three-dimensional mesh structure, the positive electrode material may be filled between the meshes of the current collector to form the positive electrode material layer. The positive electrode material contains a positive electrode active material containing nickel. Examples of positive electrode active materials include nickel oxyhydroxide (NiOOH) and nickel hydroxide. The positive electrode material contains, for example, nickel oxyhydroxide in a fully charged state and nickel hydroxide in an end-of-discharge state. The content of the positive electrode active material may be, for example, 50 to 95 mass% based on the total mass of the positive electrode material.
正極材は、添加剤として、正極活物質以外の他の成分を更に含有してよい。添加剤としては、バインダー(結着剤)、導電剤、膨張抑制剤等が挙げられる。バインダーとしては、親水性又は疎水性のポリマー等が挙げられる。具体的には、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ポリアクリル酸ナトリウム(SPA)、フッ素系ポリマー(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等)などをバインダーとして用いることができる。バインダーの含有量は、例えば、正極活物質100質量部に対して0.01~5質量部である。導電剤としては、コバルト化合物(金属コバルト、酸化コバルト、水酸化コバルト等)などが挙げられる。導電剤の含有量は、例えば、正極活物質100質量部に対して1~20質量部である。膨張抑制剤としては、酸化亜鉛等が挙げられる。膨張抑制剤の含有量は、例えば、正極活物質100質量部に対して0.01~5質量部である。 The positive electrode material may further contain additives other than the positive electrode active material. Examples of additives include binders, conductive agents, and expansion inhibitors. Examples of binders include hydrophilic or hydrophobic polymers. Specific examples include carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), sodium polyacrylate (SPA), and fluorine-based polymers (such as polytetrafluoroethylene (PTFE)). The binder content is, for example, 0.01 to 5 parts by mass per 100 parts by mass of the positive electrode active material. Examples of conductive agents include cobalt compounds (metallic cobalt, cobalt oxide, cobalt hydroxide, etc.). The conductive agent content is, for example, 1 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of the positive electrode active material. Examples of expansion inhibitors include zinc oxide. The expansion inhibitor content is, for example, 0.01 to 5 parts by mass per 100 parts by mass of the positive electrode active material.
電解液は、例えば、溶媒及び電解質を含有している。溶媒としては、水(例えばイオン交換水)等が挙げられる。電解質としては、塩基性化合物等が挙げられ、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)等のアルカリ金属水酸化物などが挙げられる。電解液は、溶媒及び電解質以外の成分を含有してもよく、例えば、リン酸カリウム、フッ化カリウム、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、フッ化ナトリウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、二酸化チタン、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤等を含有してもよい。 The electrolyte solution contains, for example, a solvent and an electrolyte. Examples of the solvent include water (e.g., ion-exchanged water). Examples of the electrolyte include basic compounds, such as alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), and lithium hydroxide (LiOH). The electrolyte solution may contain components other than the solvent and electrolyte, such as potassium phosphate, potassium fluoride, potassium carbonate, sodium phosphate, sodium fluoride, zinc oxide, antimony oxide, titanium dioxide, nonionic surfactants, and anionic surfactants.
以上説明したニッケル亜鉛電池は、例えば、電極を含む構成部材を組み立ててニッケル亜鉛電池を得る組立工程を備える方法により得ることができる。組立工程では、例えば、まず、未化成の正極及び未化成の負極を、セパレータを介して交互に積層し、正極同士及び負極同士をストラップで連結させて電極群を作製する。次いで、この電極群を電槽内に配置した後、電槽の上面に蓋体を接着して未化成のニッケル亜鉛電池を得る。次いで、電解液を未化成のニッケル亜鉛電池の電槽内に注入した後、一定時間放置する。次いで、所定の条件にて充電を行うことで化成することによりニッケル亜鉛電池を得る。 The nickel-zinc battery described above can be obtained, for example, by a method that includes an assembly process in which components including electrodes are assembled to obtain a nickel-zinc battery. In the assembly process, for example, unformed positive electrodes and unformed negative electrodes are first alternately stacked with separators interposed between them, and the positive electrodes and negative electrodes are connected with straps to form an electrode group. Next, this electrode group is placed in a battery case, and a lid is attached to the top of the battery case to obtain an unformed nickel-zinc battery. Next, electrolyte is poured into the battery case of the unformed nickel-zinc battery, and the battery is left to stand for a certain period of time. Next, the battery is charged under specified conditions to form the nickel-zinc battery.
以上、正極がニッケル電極であるニッケル亜鉛電池(例えばニッケル亜鉛二次電池)の例を説明したが、亜鉛電池は、正極が空気極である空気亜鉛電池(例えば空気亜鉛二次電池)であってもよく、正極が酸化銀極である銀亜鉛電池(例えば銀亜鉛二次電池)であってもよい。銀亜鉛電池の酸化銀極としては、銀亜鉛電池に使用される公知の酸化銀極を用いることができる。酸化銀極は、例えば酸化銀(I)を含む。また、空気亜鉛電池の空気極としては、空気亜鉛電池に使用される公知の空気極を用いることができる。空気極は、例えば、空気極触媒、電子伝導性材料等を含む。空気極触媒としては、電子伝導性材料としても機能する空気極触媒を用いることができる。 The above describes an example of a nickel-zinc battery (e.g., a nickel-zinc secondary battery) in which the positive electrode is a nickel electrode. However, the zinc battery may also be an air-zinc battery (e.g., an air-zinc secondary battery) in which the positive electrode is an air electrode, or a silver-zinc battery (e.g., a silver-zinc secondary battery) in which the positive electrode is a silver oxide electrode. The silver oxide electrode of a silver-zinc battery may be a known silver oxide electrode used in silver-zinc batteries. The silver oxide electrode contains, for example, silver(I) oxide. Furthermore, the air electrode of an air-zinc battery may be a known air electrode used in air-zinc batteries. The air electrode may contain, for example, an air electrode catalyst, an electron-conductive material, etc. The air electrode catalyst may be an air electrode catalyst that also functions as an electron-conductive material.
空気極触媒としては、空気亜鉛電池における正極として機能するものを用いることが可能であり、酸素を正極活物質として利用可能な種々の空気極触媒が使用できる。空気極触媒としては、酸化還元触媒機能を有するカーボン系材料(黒鉛等)、酸化還元触媒機能を有する金属材料(白金、ニッケル等)、酸化還元触媒機能を有する無機酸化物材料(ペロブスカイト型酸化物、二酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト、スピネル酸化物等)などが挙げられる。空気極触媒の形状は、特に限定されないが、例えば粒子状であってもよい。空気極における空気極触媒の使用量は、空気極の合計量に対して、5~70体積%であってもよく、5~60体積%であってもよく、5~50体積%であってもよい。 The air electrode catalyst can function as the positive electrode in an air-zinc battery, and various air electrode catalysts that can use oxygen as the positive electrode active material can be used. Examples of air electrode catalysts include carbon-based materials (such as graphite) with redox catalytic properties, metal materials (such as platinum and nickel) with redox catalytic properties, and inorganic oxide materials (such as perovskite-type oxides, manganese dioxide, nickel oxide, cobalt oxide, and spinel oxide) with redox catalytic properties. The shape of the air electrode catalyst is not particularly limited, but it can be, for example, particulate. The amount of air electrode catalyst used in the air electrode can be 5 to 70% by volume, 5 to 60% by volume, or 5 to 50% by volume of the total amount of the air electrode.
電子伝導性材料としては、導電性を有し、かつ、空気極触媒とセパレータとの間の電子伝導を可能とするものを用いることができる。電子伝導性材料としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類;鱗片状黒鉛のような天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等のグラファイト類;炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類;銅、銀、ニッケル、アルミニウム等の金属粉末類;ポリフェニレン誘導体等の有機電子伝導性材料;これらの任意の混合物などが挙げられる。電子伝導性材料の形状は、粒子状であってもよく、その他の形状であってもよい。電子伝導性材料は、空気極において厚さ方向に連続した相をもたらす形態で用いられることが好ましい。例えば、電子伝導性材料は、多孔質材料であってもよい。また、電子伝導性材料は、空気極触媒との混合物又は複合体の形態であってもよく、前述したように、電子伝導性材料としても機能する空気極触媒であってもよい。空気極における電子伝導性材料の使用量は、空気極の合計量に対して、10~80体積%であってもよく、15~80体積%であってもよく、20~80体積%であってもよい。 The electron-conductive material may be electrically conductive and allow electron conduction between the air electrode catalyst and the separator. Examples of electron-conductive materials include carbon blacks such as ketjen black, acetylene black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; graphites such as natural graphite (e.g., flake graphite), artificial graphite, and expanded graphite; conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; metal powders such as copper, silver, nickel, and aluminum; organic electron-conductive materials such as polyphenylene derivatives; and mixtures of any of these. The electron-conductive material may be in particulate form or other shapes. It is preferable that the electron-conductive material be used in a form that provides a continuous phase through the thickness of the air electrode. For example, the electron-conductive material may be a porous material. The electron-conductive material may also be in the form of a mixture or composite with the air electrode catalyst, or, as described above, may be an air electrode catalyst that also functions as an electron-conductive material. The amount of electronically conductive material used in the air electrode may be 10 to 80% by volume, 15 to 80% by volume, or 20 to 80% by volume, relative to the total volume of the air electrode.
以上に説明した本実施形態に係る亜鉛電池用負極1によって得られる効果について説明する。上述したように、本実施形態の亜鉛電池用負極1において、集電体2は、炭素鋼を主に含む基材21と、基材21の表面のうち少なくとも一部を被覆する錫メッキ膜22とを有する。本発明者の実験によれば、炭素鋼の電気抵抗率は銅の電気抵抗率よりも大きいが、炭素鋼の表面に錫メッキ膜が設けられた場合、亜鉛電池用負極の集電体としては銅と同等かそれ以上の電気的性能を発揮することができる。故に、本実施形態の亜鉛電池用負極1によれば、銅と代替可能な他の材料を主構成材料とする集電体を備える亜鉛電池用負極を提供できる。特に、冷間圧延鋼板(例えばSPCC)などの炭素鋼の流通量は極めて多く、資源も豊富なため銅と比較して低コストである。故に、基材が銅製である場合と比較して、亜鉛電池用負極1を低コストで製造できる。また、炭素鋼を主に含む基材21の表面に錫メッキ膜22が設けられることにより、炭素鋼の酸化を防いで集電体2の寿命を延ばすことができるとともに、集電体2の表面における水素の発生を低減できる。 The effects achieved by the zinc battery negative electrode 1 according to the present embodiment described above will now be described. As described above, in the zinc battery negative electrode 1 according to the present embodiment, the current collector 2 includes a substrate 21 primarily containing carbon steel and a tin-plated film 22 covering at least a portion of the surface of the substrate 21. Experiments conducted by the inventors have shown that, although the electrical resistivity of carbon steel is greater than that of copper, when a tin-plated film is provided on the surface of carbon steel, the current collector for a zinc battery negative electrode can exhibit electrical performance equal to or superior to that of copper. Therefore, the zinc battery negative electrode 1 according to the present embodiment can provide a zinc battery negative electrode having a current collector primarily composed of a material that can be substituted for copper. In particular, carbon steel, such as cold-rolled steel sheet (e.g., SPCC), is widely distributed and abundant, making it less expensive than copper. Therefore, the zinc battery negative electrode 1 can be manufactured at lower cost than when the substrate is made of copper. Furthermore, by providing a tin-plated film 22 on the surface of the substrate 21, which primarily contains carbon steel, oxidation of the carbon steel can be prevented, extending the life of the current collector 2 and reducing the generation of hydrogen on the surface of the current collector 2.
本実施形態の亜鉛電池用負極1は、集電体2に固着した負極材層3を備える。この場合、集電体2は、厚み方向に貫通し負極材層3により充填された複数の孔21aを有してもよい。これにより、集電体2に負極材層3を強固に固着させることができる。 The zinc battery negative electrode 1 of this embodiment includes a negative electrode material layer 3 adhered to a current collector 2. In this case, the current collector 2 may have multiple holes 21a that penetrate through the thickness direction and are filled with the negative electrode material layer 3. This allows the negative electrode material layer 3 to be firmly adhered to the current collector 2.
上述したように、基材21は炭素鋼から成ってもよい。換言すると、基材21は炭素鋼のみによって構成されてもよい。この場合、本実施形態の効果をより顕著に奏することができる。 As mentioned above, the substrate 21 may be made of carbon steel. In other words, the substrate 21 may be made of only carbon steel. In this case, the effects of this embodiment can be more pronounced.
上述したように、炭素鋼の炭素含有量は0.001質量%以上0.15質量%以下であってもよい。この場合、加工性が良く且つ電気伝導性が比較的良い基材21を得ることができる。 As mentioned above, the carbon content of the carbon steel may be 0.001% by mass or more and 0.15% by mass or less. In this case, a substrate 21 with good workability and relatively good electrical conductivity can be obtained.
上述したように、基材21は冷間圧延鋼板であってもよい。冷間圧延鋼板の電気伝導性は炭素鋼のなかでも比較的良好であるため、亜鉛電池用負極の材料として好適である。その場合、冷間圧延鋼板はSPCCであってもよい。SPCCは冷間圧延鋼板の中でも流通量が極めて多く、入手が容易である。 As mentioned above, the substrate 21 may be a cold-rolled steel sheet. The electrical conductivity of cold-rolled steel sheet is relatively good among carbon steels, making it suitable as a material for the negative electrode of a zinc-cooled battery. In this case, the cold-rolled steel sheet may be SPCC. SPCC is one of the cold-rolled steel sheets with the highest distribution volume and is easy to obtain.
以下、本発明の内容を実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(実施例)
[負極の作製]
負極集電体として、開孔率50%の錫メッキを施したSPCC製パンチングメタルを用意した。次いで、酸化亜鉛、金属亜鉛、界面活性剤、HEC及びイオン交換水を所定量秤量して混合し、得られた混合液を攪拌することにより負極材ペーストを作製した。この際、固形分の質量比を「酸化亜鉛:金属亜鉛:HEC:界面活性剤=84.5:11.5:3.5:0.5」に調整した。負極材ペーストの水分量は、負極材ペーストの全質量基準で32.5質量%に調整した。次いで、負極材ペーストを負極集電体上に塗布した後、80℃で30分乾燥した。その後、ロールプレスにて加圧成形し、負極材層を有する未化成の負極を得た。
(Example)
[Fabrication of negative electrode]
A tin-plated SPCC punched metal with a porosity of 50% was prepared as the negative electrode current collector. Next, predetermined amounts of zinc oxide, metallic zinc, surfactant, HEC, and ion-exchanged water were weighed and mixed, and the resulting mixture was stirred to prepare a negative electrode material paste. The mass ratio of the solids was adjusted to "zinc oxide: metallic zinc: HEC: surfactant = 84.5: 11.5: 3.5: 0.5." The moisture content of the negative electrode material paste was adjusted to 32.5% by mass based on the total mass of the negative electrode material paste. The negative electrode material paste was then applied to the negative electrode current collector and dried at 80 ° C. for 30 minutes. It was then pressure-molded using a roll press to obtain an unformed negative electrode having a negative electrode material layer.
[電解液の調製]
イオン交換水に水酸化カリウム(KOH)及び水酸化リチウム(LiOH)を加え、混合することにより電解液(水酸化カリウム濃度:30質量%、水酸化リチウム濃度:1質量%)を作製した。
[Preparation of Electrolyte Solution]
Potassium hydroxide (KOH) and lithium hydroxide (LiOH) were added to ion-exchanged water and mixed to prepare an electrolyte solution (potassium hydroxide concentration: 30 mass %, lithium hydroxide concentration: 1 mass %).
[正極の作製]
空隙率95%の発泡ニッケルからなる格子体を用意し、格子体を加圧成形することで正極集電体を得た。次いで、コバルトコート水酸化ニッケル粉末、金属コバルト、水酸化コバルト、酸化イットリウム、CMC、PTFE、イオン交換水を所定量秤量して混合し、混合液を攪拌することにより、正極材ペーストを作製した。この際、固形分の質量比を、「水酸化ニッケル:金属コバルト:酸化イットリウム:水酸化コバルト:CMC:PTFE=88:10.3:1:0.3:0.3:0.1」に調整した。正極材ペーストの水分量は、正極材ペーストの全質量基準で27.5質量%に調整した。次いで、正極材ペーストを正極集電体の正極材支持部に塗布した後、80℃で30分乾燥した。その後、ロールプレスにて加圧成形し、正極材層を有する未化成の正極を得た。
[Preparation of Positive Electrode]
A grid made of foamed nickel with a porosity of 95% was prepared and pressure-molded to obtain a positive electrode current collector. Next, a predetermined amount of cobalt-coated nickel hydroxide powder, metallic cobalt, cobalt hydroxide, yttrium oxide, CMC, PTFE, and ion-exchanged water were weighed and mixed, and the mixture was stirred to prepare a positive electrode material paste. The mass ratio of the solids was adjusted to "nickel hydroxide: metallic cobalt: yttrium oxide: cobalt hydroxide: CMC: PTFE = 88: 10.3: 1: 0.3: 0.3: 0.1". The moisture content of the positive electrode material paste was adjusted to 27.5% by mass based on the total mass of the positive electrode material paste. Next, the positive electrode material paste was applied to the positive electrode material support portion of the positive electrode current collector and then dried at 80 ° C for 30 minutes. The mixture was then pressure-molded using a roll press to obtain an unformed positive electrode having a positive electrode material layer.
[セパレータの準備]
セパレータには、微多孔膜としてCelgard(登録商標)2500を、不織布としてVL100(ニッポン高度紙工業製)をそれぞれ用いた。微多孔膜は、電池組立て前に、界面活性剤Triton(登録商標)-X100(ダウケミカル株式会社製)で、親水化処理した。親水化処理は、Triton-X100が1質量%含まれる水溶液に微多孔膜を24時間浸漬した後、室温で1時間乾燥する方法で行った。さらに、微多孔膜は、所定の大きさに裁断し、それを半分に折り、側面を熱溶着することで袋状に加工した。袋状に加工した微多孔膜に、正極(未化成の正極)及び負極(未化成の負極)のそれぞれを1枚収納した。不織布は、所定の大きさに裁断したものを使用した。
[Preparing the separator]
For the separator, Celgard® 2500 was used as the microporous membrane, and VL100 (manufactured by Nippon Kodoshi Kogyo Co., Ltd.) was used as the nonwoven fabric. The microporous membrane was hydrophilized using the surfactant Triton®-X100 (manufactured by The Dow Chemical Company) before battery assembly. The hydrophilization was performed by immersing the microporous membrane in an aqueous solution containing 1% by mass of Triton-X100 for 24 hours, followed by drying at room temperature for 1 hour. The microporous membrane was then cut to a predetermined size, folded in half, and processed into a bag shape by heat welding the sides. One positive electrode (unformed positive electrode) and one negative electrode (unformed negative electrode) were housed in the bag-shaped microporous membrane. The nonwoven fabric used was cut to a predetermined size.
[ニッケル亜鉛電池の作製]
袋状の微多孔膜にそれぞれ収納された2枚の正極と、袋状の微多孔膜にそれぞれ収納された3枚の負極とを交互に積層し、不織布を正極と負極との間に挟み、同極性の極板同士をストラップで連結させて電極群(極板群)を作製した。この電極群を電槽内に配置した後、電槽の上面に蓋体を接着して未化成のニッケル亜鉛電池を得た。次いで、電解液を未化成のニッケル亜鉛電池の電槽内に注入した後、24時間放置した。その後、25mA、15時間の条件で充電を行い、公称容量が350mAhのニッケル亜鉛電池を作製した。
[Preparation of nickel-zinc battery]
Two positive electrodes, each housed in a microporous membrane bag, and three negative electrodes, each housed in a microporous membrane bag, were alternately stacked, a nonwoven fabric was sandwiched between the positive and negative electrodes, and plates of the same polarity were connected with a strap to produce an electrode assembly (electrode plate assembly). This electrode assembly was placed in a battery case, and a lid was attached to the top of the battery case to obtain an unformed nickel-zinc battery. Next, an electrolyte solution was poured into the battery case of the unformed nickel-zinc battery and left for 24 hours. The battery was then charged at 25 mA for 15 hours to produce a nickel-zinc battery with a nominal capacity of 350 mAh.
(比較例)
負極の作製時に、負極集電体として、開孔率50%の錫メッキ銅パンチングメタルを用いたこと以外は、上記実施例と同様にしてニッケル亜鉛電池を作製した。
(Comparative Example)
A nickel-zinc battery was fabricated in the same manner as in the above example, except that a tin-plated copper punched metal having a porosity of 50% was used as the negative electrode current collector when fabricating the negative electrode.
<放電性能評価>
実施例及び比較例のニッケル亜鉛電池を用いて、温度25℃、初期電流値350mA(1C)、電圧1.9Vの定電圧条件下にて、電流値が17.5mA(0.05C)に減衰するまで充電を行った後、電池電圧が1.1Vに到達するまで17.5mA(0.05C)の定電流で放電をすることにより、低レート放電性能を求めた。また、実施例及び比較例のニッケル亜鉛電池を用いて、上記と同条件で充電を行った後、電池電圧が1.1Vに到達するまで3500mA(10.0C)の定電流でニッケル亜鉛電池の放電をすることにより、高レート放電性能を求めた。なお、上記「C」とは、満充電状態から定格容量を定電流放電するときの電流の大きさを相対的に表したものである。上記「C」は、“放電電流値(A)/電池容量(Ah)”を意味する。例えば、定格容量を1時間で放電させることができる電流を「1C」、2時間で放電させることができる電流を「0.5C」と表現する。
<Discharge performance evaluation>
Using the nickel-zinc batteries of the Examples and Comparative Examples, the batteries were charged under constant voltage conditions of 25°C, an initial current of 350 mA (1 C), and a voltage of 1.9 V until the current decayed to 17.5 mA (0.05 C), and then discharged at a constant current of 17.5 mA (0.05 C) until the battery voltage reached 1.1 V. Low-rate discharge performance was determined by this. Furthermore, using the nickel-zinc batteries of the Examples and Comparative Examples, the batteries were charged under the same conditions as above, and then discharged at a constant current of 3500 mA (10.0 C) until the battery voltage reached 1.1 V. High-rate discharge performance was determined by this. The "C" above represents the relative magnitude of the current when the rated capacity is discharged at a constant current from a fully charged state. The "C" above refers to "discharge current value (A)/battery capacity (Ah)." For example, a current that can discharge the rated capacity in one hour is expressed as "1 C," and a current that can discharge the rated capacity in two hours is expressed as "0.5 C."
図2(a)は、実施例及び比較例のニッケル亜鉛電池それぞれにおける、放電レート(0.05C、0.2C、1.0C、3.0C、5.0C、及び10.0C)毎の放電容量(単位:Ah)を示す図表である。図2(b)は、実施例及び比較例のニッケル亜鉛電池それぞれにおける、放電レート毎の放電容量維持率(0.05Cに対する割合、単位:%)を示す図表である。図3は、放電容量維持率と放電レートとの関係を示すグラフである。図3において、グラフG1は実施例を示し、グラフG2は比較例を示す。 Figure 2(a) is a graph showing the discharge capacity (unit: Ah) for each discharge rate (0.05 C, 0.2 C, 1.0 C, 3.0 C, 5.0 C, and 10.0 C) for each of the nickel-zinc batteries of the Example and Comparative Example. Figure 2(b) is a graph showing the discharge capacity retention rate (percentage relative to 0.05 C, unit: %) for each discharge rate for each of the nickel-zinc batteries of the Example and Comparative Example. Figure 3 is a graph showing the relationship between the discharge capacity retention rate and the discharge rate. In Figure 3, graph G1 shows the Example, and graph G2 shows the Comparative Example.
図2及び図3に示すように、亜鉛電池用負極の集電体として錫メッキされたSPCCを使用した場合、錫メッキされた銅を使用した場合と同等かそれ以上の電気的性能を発揮できた。なお、SPCCと同様か又はSPCCに近い組成を有する炭素鋼であれば、同様の結果が得られるものと推測される。本実施例により、上記実施形態の効果が確認された。なお、放電レート5.0Cにおけるニッケル亜鉛電池の電槽外側の最大到達温度の実測値は、実施例では26.1℃であり、比較例では25.9℃であった。これらの数値から、電池内の最大到達温度はそれぞれ43.3℃、42.9℃と推測され、温度上昇も実施例と比較例とでほぼ同程度であることが確認された。また、50%充電状態で放電開始から10秒経過後の直流抵抗を測定したところ、実施例では2.39(Ω・cm2)であり、比較例では2.35(Ω・cm2)であった。このことから、直流抵抗も実施例と比較例とでほぼ同程度であることが確認された。 As shown in Figures 2 and 3, when tin-plated SPCC was used as the current collector for the zinc battery negative electrode, electrical performance equivalent to or better than that achieved when tin-plated copper was used was achieved. It is expected that similar results would be achieved if carbon steel with a composition similar to or similar to SPCC were used. This example confirmed the effects of the above-described embodiment. The maximum temperature reached outside the battery case of the nickel-zinc battery at a discharge rate of 5.0 C was measured at 26.1°C for the example and 25.9°C for the comparative example. From these values, the maximum temperatures reached inside the battery were estimated to be 43.3°C and 42.9°C, respectively, confirming that the temperature rise was approximately the same in the example and comparative example. Furthermore, when the DC resistance was measured 10 seconds after the start of discharge at a 50% charge state, it was 2.39 (Ω·cm 2 ) for the example and 2.35 (Ω·cm 2 ) for the comparative example. This confirmed that the DC resistance was also approximately the same in the example and comparative example.
[付記]
上記の亜鉛電池用負極は、集電体を備える亜鉛電池用負極であって、集電体は、炭素鋼を主に含む基材と、基材の表面のうち少なくとも一部を被覆する錫メッキ膜と、を有する。
上記の亜鉛電池用負極は、集電体に固着した負極材層を更に備え、集電体が、厚み方向に貫通し負極材層により充填された複数の孔を有してもよい。
上記の亜鉛電池用負極において、集電体の基材は炭素鋼から成ってもよい。
上記の亜鉛電池用負極において、炭素鋼の炭素含有量は0.001質量%以上0.15質量%以下であってもよい。
上記の亜鉛電池用負極において、基材は冷間圧延鋼板であってもよい。その場合、冷間圧延鋼板はSPCCであってもよい。
[Note]
The above-mentioned zinc battery negative electrode is a zinc battery negative electrode including a current collector, and the current collector has a substrate mainly containing carbon steel and a tin-plated film covering at least a portion of the surface of the substrate.
The zinc battery negative electrode may further include a negative electrode material layer fixed to a current collector, and the current collector may have a plurality of holes that penetrate through the thickness direction and are filled with the negative electrode material layer.
In the above-mentioned negative electrode for a zinc battery, the substrate of the current collector may be made of carbon steel.
In the zinc battery negative electrode, the carbon content of the carbon steel may be 0.001% by mass or more and 0.15% by mass or less.
In the above zinc battery negative electrode, the substrate may be a cold-rolled steel sheet, and in this case, the cold-rolled steel sheet may be SPCC.
1…亜鉛電池用負極、2…集電体、3…負極材層、21…基材、21a…孔、22…錫メッキ膜。 1...zinc battery negative electrode, 2...current collector, 3...negative electrode material layer, 21...substrate, 21a...hole, 22...tin plating film.
Claims (2)
集電体及び前記集電体に固着した負極材層を有する負極と、を備え、
前記集電体は、
炭素鋼のみから成る基材と、
前記基材の表面のうち少なくとも一部を被覆する錫メッキ膜と、
を有し、
前記炭素鋼の炭素含有量は0.001質量%以上0.15質量%以下である、ニッケル亜鉛電池。 A positive electrode and
a negative electrode having a current collector and a negative electrode material layer fixed to the current collector ,
The current collector is
a substrate consisting solely of carbon steel;
a tin plating film covering at least a portion of the surface of the base material;
and
A nickel-zinc battery , wherein the carbon content of the carbon steel is 0.001% by mass or more and 0.15% by mass or less .
2. The nickel-zinc battery according to claim 1, wherein the thickness of the tin plating film is 0.1 μm or more and 5 μm or less.
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