鎳鋅電池制造技術

本發明專利技術提供一種高可靠性的鎳鋅電池，其使用了具有氫氧化物離子傳導性但不具有透水性的隔板。本發明專利技術的鎳鋅電池包含：含有氫氧化鎳及/或羥基氧化鎳的正極、浸漬正極且含有堿金屬氫氧化物的正極電解液、含有鋅及/或氧化鋅的負極、浸漬負極且含有堿金屬氫氧化物的負極電解液、容納正極、正極電解液、負極及負極電解液的密閉容器、在密閉容器內設置成將容納正極及正極電解液的正極室和容納負極及負極電解液的負極室區劃開，具有氫氧化物離子傳導性但不具有透水性的隔板、設置在隔板的正極側表面的多孔基材。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種鎳鋅電池。
技術介紹
雖然一直以來都在開發及研究鎳鋅二次電池，但是尚未實用化。原因是存在如下問題：充電時構成負極的鋅生成被稱為枝晶的樹枝狀結晶，該枝晶刺破隔板，與正極發生短路。另一方面，鎳鎘電池及鎳氫電池已經商品化。然而，鎳鋅二次電池具有極高的理論容量密度，比鎳鎘二次電池高約5倍，比鎳氫二次電池高2.5倍，比鋰離子電池高1.3倍，并且，具有原料價格也較低這樣的優勢。因此，對于鎳鋅二次電池，強烈希望開發出防止鋅枝晶導致的短路的技術。例如在專利文獻1(國際公開第2013/118561號)中，為了防止鋅枝晶導致的短路的目的，提出了將由氫氧化物離子傳導性的無機固體電解質體形成的隔板設置在正極及負極之間的鎳鋅二次電池。在該文獻中公開了：該無機固體電解質體的相對密度為90％以上，可以由基本組成為通式：M2+1-xM3+x(OH)2An-x/n·mH2O(式中，M2+為至少1種以上的2價陽離子，M3+為至少1種以上的3價陽離子，An-為n價的陰離子，n為1以上的整數，x為0.1～0.4)的層狀雙氫氧化物形成。另外，也已知在負極吸收及循環充電末期產生的氧氣的密閉型鎳鋅電池。例如在專利文獻2(日本特開平5-303978號公報)中公開了具備極板組和配置在該極板組的周圍的保液層的密閉型鎳鋅電池，所述極板組具有正極板、負極板、隔板及保持器，并公開了保液層為在長度0.5～50mm、直徑5～100μm的纖維素纖維中含有電解液的層。在該專利文獻2中，使用將聚丙烯多孔膜用表面活性劑處理而得的隔板。在專利文獻3(日本特開平6-96795號公報)中，公開了一種密閉型鎳鋅電池，配置成極組的極板面與電池槽底面對向且電解液的體積超過極組的總空間容積的98％且在110％以下，可將微孔性膜及玻璃紙膜用作隔板。也已知在過充電時由正極產生的氧氣容易經由隔板到達負極的技術。例如在專利文獻4(日本特開平5-36394號公報)中公開了由至少在表面存在親水性纖維的疏水性樹脂多孔體膜形成的堿性電池隔板。現有技術文獻專利文獻專利文獻1：國際公開第2013/118561號專利文獻2：日本特開平5-303978號公報專利文獻3：日本特開平6-96795號公報專利文獻4：日本特開平5-36394號公報
技術實現思路
本專利技術人等如今發現使用具有氫氧化物離子傳導性但不具有透水性的隔板可提供可靠性高的鎳鋅電池。因此，本專利技術的目的在于提供一種可靠性高的鎳鋅電池，其使用了具有氫氧化物離子傳導性但不具有透水性的隔板。根據本專利技術的一個方案，提供一種鎳鋅電池，其包含：正極，所述正極含有氫氧化鎳及/或羥基氧化鎳，正極電解液，所述正極電解液含有堿金屬氫氧化物，浸漬所述正極，負極，所述負極含有鋅及/或氧化鋅，負極電解液，所述負極電解液含有堿金屬氫氧化物，浸漬所述負極，密閉容器，所述密閉容器容納所述正極、所述正極電解液、所述負極及所述負極電解液，隔板，所述隔板具有氫氧化物離子傳導性但不具有透水性，在所述密閉容器內設置成將容納所述正極及所述正極電解液的正極室和容納所述負極及所述負極電解液的負極室區劃開，多孔基材，所述多孔基材設置在所述隔板的所述正極側表面。附圖說明圖1是示意性地表示本專利技術的鎳鋅電池之一例的示意圖，表示放電末狀態。圖2是表示圖1所示的鎳鋅電池的滿充電狀態的圖。圖3是示意性地表示本專利技術的并列層疊型鎳鋅電池之一例的示意圖，表示放電末狀態。圖4是表示附帶有多孔基材的隔板的一個方案的剖視簡圖。圖5是表示附帶有多孔基材的隔板的另一個方案的剖視簡圖。圖6是表示層狀雙氫氧化物(LDH)板狀粒子的示意圖。圖7是例1中制作的氧化鋁制多孔基材的表面的SEM圖像。圖8是例1中針對試樣的結晶相得到的XRD圖譜。圖9是表示例1中觀察到的膜試樣的表面微結構的SEM圖像。圖10是例1中觀察到的復合材料試樣的研磨截面微結構的SEM圖像。圖11A是例1中使用的致密性判別測定體系的分解立體圖。圖11B是例1中使用的致密性判別測定體系的剖視簡圖。圖12是示意性地表示鋅枝晶的生長被隔板阻止的狀態的剖視簡圖。應予說明，為了方便圖解，省略了正極電解液14和負極電解液18。具體實施方式鎳鋅電池圖1中示意性地表示本專利技術的鎳鋅電池之一例。圖1所示的鎳鋅電池為進行充電前的初期狀態，相當于放電末狀態。但是，本專利技術的鎳鋅電池當然也可以以滿充電狀態構成。如圖1所示，本專利技術的鎳鋅電池10在密閉容器22內具有正極12、正極電解液14、負極16、負極電解液18、隔板20及多孔基材28。正極12包含氫氧化鎳及/或羥基氧化鎳。正極電解液14包含堿金屬氫氧化物，浸漬正極12。負極16包含鋅及/或氧化鋅。負極電解液18包含堿金屬氫氧化物，浸漬負極16。密閉容器22容納正極12、正極電解液14、負極16及負極電解液18。正極12及正極電解液14并不一定要分離，也可以構成為正極12和正極電解液14混合而成的正極合劑。同樣地，負極16及負極電解液18并不一定要分離，也可以構成為負極16和負極電解液18混合而成的負極合劑。根據需要將正極集電體13設置成與正極12接觸。另外，根據需要將負極集電體17設置成與負極16接觸。隔板20在密閉容器22內設置成將容納正極12及正極電解液14的正極室24和容納負極16及負極電解液18的負極室26區劃開。隔板20具有氫氧化物離子傳導性，但不具有透水性。此處，本說明書中“不具有透水性”是指通過后述例1所使用的“致密性判定試驗”或以此為基準的方法或構成評價透水性的情況下，與測定對象物(例如隔板20及/或多孔基材28)的一面側接觸的水沒有透過到另一面側。即，隔板20不具有透水性意味著隔板20具有不透水程度的高度致密性，意味著不是具有透水性的多孔性膜或其它多孔材料。因此，成為對物理性阻止充電時生成的鋅枝晶所導致的隔板貫穿，從而防止正負極間的短路極為有效的構成。但是，當然也可以如圖1所示在隔板20上附設多孔基材28。總之，因為隔板20具有氫氧化物離子傳導性，所以在正極電解液14和負極電解液18之間，所需的氫氧化物離子能夠有效率地移動，從而實現正極室24及負極室26中的充放電反應。正極室24及負極室26中充電時的反應如下所示，放電反應與此相反。-正極：Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e--負極：ZnO+H2O+2e-→Zn+2OH-其中，上述負極反應由以下的2個反應構成。-ZnO的溶解反應：ZnO+H2O+2OH-→Zn(OH)42--Zn的析出反應：Zn(OH)42-+2e-→Zn+4OH-鎳鋅電池10優選在正極室24內具有正極側剩余空間25，該正極側剩余空間25的容積允許伴隨充放電時的正極反應而產生的水分量增減，并且，在負極室26具有負極側剩余空間27，該負極側剩余空間27的容積允許伴隨充放電時的負極反應而產生的水分量減增。由此能夠有效地防止因正極室24及負極室26內的水分量增減而產生的不良情況(例如漏液、容器內壓變化導致的容器變形等)，進一步提高鎳鋅電池的可靠性。即，由上述反應式可知，充電時正極室24中水增加，而負極室26中水減少。另一方面，放電時正極室24中水減少，而負極室26中水增加。就此點而言，現有隔板因為幾乎都具有透水性，所以水能夠經由隔板自由進出。但是，本專利技術中使用的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鎳鋅電池，其包含：正極，所述正極含有氫氧化鎳及/或羥基氧化鎳，正極電解液，所述正極電解液含有堿金屬氫氧化物，浸漬所述正極，負極，所述負極含有鋅及/或氧化鋅，負極電解液，所述負極電解液含有堿金屬氫氧化物，浸漬所述負極，密閉容器，所述密閉容器容納所述正極、所述正極電解液、所述負極及所述負極電解液，隔板，所述隔板具有氫氧化物離子傳導性但不具有透水性，在所述密閉容器內設置成將容納所述正極及所述正極電解液的正極室和容納所述負極及所述負極電解液的負極室區劃開，多孔基材，所述多孔基材設置在所述隔板的所述正極側表面。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.07.09 JP 2014-1417131.一種鎳鋅電池，其包含：正極，所述正極含有氫氧化鎳及/或羥基氧化鎳，正極電解液，所述正極電解液含有堿金屬氫氧化物，浸漬所述正極，負極，所述負極含有鋅及/或氧化鋅，負極電解液，所述負極電解液含有堿金屬氫氧化物，浸漬所述負極，密閉容器，所述密閉容器容納所述正極、所述正極電解液、所述負極及所述負極電解液，隔板，所述隔板具有氫氧化物離子傳導性但不具有透水性，在所述密閉容器內設置成將容納所述正極及所述正極電解液的正極室和容納所述負極及所述負極電解液的負極室區劃開，多孔基材，所述多孔基材設置在所述隔板的所述正極側表面。2.根據權利要求1所述的鎳鋅電池，其中，在所述正極室中具有正極側剩余空間，該正極側剩余空間的容積允許伴隨充放電時的正極反應而產生的水分量增減，并且，在所述負極室中具有負極側剩余空間，該負極側剩余空間的容積允許伴隨充放電時的負極反應而產生的水分量減增。3.根據權利要求2所述的鎳鋅電池，其中，所述正極側剩余空間具有超過預估隨著充電時的正極反應而增加的水分量的容積，該正極側剩余空間中沒有預先填充所述正極電解液，并且，所述負極側剩余空間具有超過預估隨著充電時的負極反應而減少的水分量的容積，在該負極側剩余空間中預先填充有預估減少的量的所述負極電解液。4.根據權利要求2或3所述的鎳鋅電池，其中，所述正極側剩余空間具有超過預估隨著放電時的正極反應而減少的水分量的容積，在該正極側剩余空間中預先填充有預估減少的量的所述正極電解液，并且，所述負極側剩余空間具有超過預估隨著放電時的負極反應而增加的水分量的容積，在該負極側剩余空間中沒有預先填充所述負極電解液...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林洋志，山田直仁，鬼頭賢信，
申請(專利權)人：日本礙子株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP