JP2000260429A - 水素吸蔵合金電極 - Google Patents

水素吸蔵合金電極

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JP2000260429A
JP2000260429A JP11061435A JP6143599A JP2000260429A JP 2000260429 A JP2000260429 A JP 2000260429A JP 11061435 A JP11061435 A JP 11061435A JP 6143599 A JP6143599 A JP 6143599A JP 2000260429 A JP2000260429 A JP 2000260429A
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JP
Japan
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hydrogen storage
storage alloy
electrode
nickel
nickel content
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JP11061435A
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English (en)
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Yuichi Umehara
雄一 梅原
Hideki Sasaki
佐々木  秀樹
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温高率放電性能と寿命性能に優れた水素吸
蔵合金電極をを提供する。 【解決手段】 ニッケルを45〜55重量パーセント含
有する希土類系水素吸蔵合金粉末からなる水素吸蔵合金
電極であって、水素吸蔵合金粉末のニッケル含有率をX
重量パーセントとあらわした場合、表面から0.05μ
mの深さにおけるニッケル含有率がX×(1.10〜
1.20)重量パーセントであり、かつ表面から0.1
0μmの深さにおけるニッケル含有率がX×(1.05
〜1.10)重量パーセントなる分布の粉末を有する水
素吸蔵合金電極。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵合金電極
の放電性能の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】水素吸蔵合金を主体とした負極を備えた
ニッケル・金属水素化物電池は、ニッケル・カドミウム
電池と比較して、エネルギー密度が高く、負極活物質に
カドミウムを含まないことから、環境上好ましく、携帯
機器や電気自動車用などの電源として、広く用いられて
いる。
【0003】しかしながら、このようなニッケル・金属
水素化物電池には、ニッケル・カドミウム電池と比較し
て、高率放電時や低温放電時における放電電圧が低く、
このような条件で使用すると、放電出力が低下したり、
使用時間が短くなるという問題があった。
【0004】ニッケル・金属水素化物電池の高率放電特
性や低温放電特性が劣る主たる原因は、水素吸蔵合金電
極の高率放電時および低温放電時の分極が、カドミウム
電極よりも大きいことにある。
【0005】水素吸蔵合金電極の放電特性を改善する手
段としては、合金の組成や熱処理条件あるいは合金粉末
の粒径を工夫することにより、水素吸蔵電極の放電性能
を向上させる手段が提案されている。しかし、水素吸蔵
合金電極の放電性能を向上させると、サイクル劣化が著
しくなり寿命が低下するという傾向があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
技術においては、水素吸蔵合金電極の放電性能を向上さ
せる効果が不充分であるという問題があった。今後、ニ
ッケル・金属水素化物電池の用途を広げるには、容量や
寿命性能を著しく低下させることなく、より大電流かつ
広い温度範囲での使用を可能にすることが重要な課題で
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述の課題
を解決するために、ニッケルを45〜55重量パーセン
ト含有する希土類系水素吸蔵合金粉末からなる水素吸蔵
合金電極であって、該水素吸蔵合金粉末のニッケル含有
率をX重量パーセントとあらわした場合、表面から0.
05μmの深さにおけるニッケル含有率がX×(1.1
0〜1.20)重量パーセントであり、かつ表面から
0.10μmの深さにおけるニッケル含有率がX×
(1.05〜1.10)重量パーセントなる分布の粉末
を有する水素吸蔵合金電極を提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の水素吸蔵合金電極におい
ては、ニッケルを45〜55重量パーセント含有する希
土類系水素吸蔵合金粉末からなる水素吸蔵合金電極であ
って、該水素吸蔵合金粉末のニッケル含有量をX重量パ
ーセントとあらわした場合、表面から0.05μmの深
さにおけるニッケル含有率がX×(1.10〜1.2
0)重量パーセントであり、かつ表面から0.10μm
の深さにおけるニッケル含有率がX×(1.05〜1.
10)重量パーセントなる分布の粉末を有することを特
徴とする。このようにすると、サイクル寿命性能を著し
く低下させることなく、水素吸蔵合金電極の低温放電時
や高率放電時の放電特性を向上させることができる。
【0009】一般的に水素吸蔵合金電極について、サイ
クル寿命性能と放電性能とは相反する要素であり、これ
らのバランスを取るのは困難であった。例えば、水素吸
蔵合金中のニッケルを多くすると、表面の触媒活性が向
上し、高率放電性能が改善されるが、その反面、合金の
腐食が進行しやすくなり、寿命性能が低下する傾向があ
った。しかし、本発明のように、表面近傍においてニッ
ケル含有率が高くなるような分布を有する水素吸蔵合金
を用いることで、サイクル寿命性能を損なうことなく、
放電性能に優れた水素吸蔵合金電極を得られるものであ
る。
【0010】本発明において、前記希土類系水素吸蔵合
金粉末のニッケル含有率を45〜55重量パーセントに
限定したのは、次の理由による。すなわち、ニッケル含
有率が45重量パーセントより小さいと充分な触媒活性
が得られないからであり、55重量パーセントより大き
いと充分な寿命性能が得られないからである。
【0011】また、水素吸蔵合金粉末のニッケル含有率
をX重量パーセントと表した場合に、表面から0.05
μmの深さにおけるニッケル含有率をX×(1.10〜
1.20)重量パーセントに限定したのは、次の理由に
よる。すなわち、表面近傍では、粉末全体よりもニッケ
ル含有率が高いことが必要で、その数値がX×1.10
重量パーセントより小さいと、充分な触媒活性が得られ
ないからであり、またニッケル含有率がX×1.20重
量パーセントより大きいと、アルカリ電解液中で腐食生
成物が生じやすく、寿命性能が低下するからである。
【0012】また、水素吸蔵合金粉末のニッケル含有率
をXパーセントと表した場合に、表面から0.10μm
の深さにおけるニッケル含有率をX×(1.05〜1.
10)重量パーセントに限定したのは、次の理由によ
る。すなわち、表面から0.10μmの深さの領域にお
いては、表面から0.05μmの深さの領域よりも、ニ
ッケル含有率を少なくしないと寿命性能が低下するから
である。また、表面から0.10μmの深さの領域にお
いて、ニッケル含有率をX×1.05以上とすること
で、良好な放電特性を得ることができる。
【0013】
【実施例】本発明を好適な実施例によって説明する。水
素吸蔵合金粉末は、次の方法で作製した。
【0014】すなわち、ミッシュメタル(以後Mmと表
記する。主要成分は、La:約45重量%、Ce:約5
重量%、Pr:約10重量%、Nd:約40重量%)、
Ni、Co、MnおよびAlの金属材料を所望の組成と
なるように高周波誘導炉にて融解し、金型に鋳込んで凝
固させた。得た合金の組成は、MmNi3.6Co0.
8Al0.4Mn0.2である。合金塊表面の酸化物層
は研磨して除去した。その後、合金塊を粉砕し、ふるい
分けて、平均粒径が数十μmの水素吸蔵合金粉末とし
た。合金粉末のニッケル含有率は50重量パーセントで
あった。 (本発明電極1)酸溶液を用いて、次の表面処理をおこ
なうことにより、合金表面近傍のニッケル含有率をコン
トロールした。すなわち、合金塊を粉砕して得られた水
素吸蔵合金粉末1kgを、25℃のpH=1の塩酸8l
に浸漬し、1時間攪拌することにより、表面処理した。
表面処理をおこなった水素吸蔵合金粉末は、水洗、真空
乾燥した。
【0015】水素吸蔵合金粉末と導電剤としての電解銅
粉末とを1:1の重量比で混合、プレスして成形体とし
た後、ニッケル網で包み、リード線を溶接することによ
り、粉末固着式のペレット型試験電極を得た。 (本発明電極2)合金塊を粉砕して得られた水素吸蔵合
金粉末1kgを、25℃のpH=1の塩酸3lに浸漬
し、1時間攪拌することにより、表面処理した。水洗、
真空乾燥した後、本発明電極1と同様に、ペレット型電
極とした。 (比較電極1)合金塊を粉砕して得られた水素吸蔵合金
粉末を、表面処理をおこなわずにペレット型電極として
用いた。 (比較電極2)合金塊を粉砕して得られた水素吸蔵合金
粉末1kgを、25℃のpH=1の塩酸1lに浸漬し、
1時間攪拌することにより、表面処理した。後は、本発
明電極1と同様に、水洗、真空乾燥した後、ペレット型
電極とした。 (比較電極3)合金塊を粉砕して得られた水素吸蔵合金
粉末1kgを、25℃のpH=1の塩酸10lに浸漬
し、1時間攪拌することにより、表面処理した。後は、
本発明電極1と同様に、水洗、真空乾燥した後、ペレッ
ト型電極とした。水素吸蔵合金粉末中のニッケル含有率
分布は、オージェ電子分光測定装置を用いて、合金表面
のArスパッタリングをおこない、深さ方向の元素分布
を測定することにより求めた。また、水素吸蔵合金粉末
全体のニッケル含有率を、ICP発光分析により求めた
ところ、上記表面処理をおこなった合金粉末、すなわち
本発明電極1、本発明電極2、比較電極2および比較電
極3に用いた合金粉末のニッケル含有率は、全て50重
量パーセントであった。
【0016】充放電試験は、次の方法でおこなった。す
なわち、6mol/lの水酸化カリウム水溶液を電解液
とし、ニッケル板を対極とし、酸化水銀電極(Hg/H
gO)を照合極とした。充電を30mA/g(約0.1
CmA)にて66分おこない、放電を30mA/g(約
0.1CmA)にて−0.6Vvs.Hg/HgOまで
おこなうという条件にて、10サイクルの充放電サイク
ルをおこなうことにより、合金の活性化をおこなった。
活性化した電極は、先述の条件で充電した後、0℃で9
00mA/g(約3CmA)にて放電し、低温高率放電
容量を調べた。低温高率放電容量を調べた後は、室温に
て300mA/g(約1CmA)の充放電サイクルを約
500サイクルおこなって、寿命性能を調べた。
【0017】水素吸蔵合金粉末中のニッケル含有率分布
を図1に示す。それぞれの電極によって、ニッケル含有
率分布が異なることがわかる。
【0018】次に、各電極の低温高率放電容量を図2に
示す。本発明電極1および本発明電極2の低温高率放電
容量が優れていることがわかる。また、表面近傍のニッ
ケル含有率が小さい比較電極1および比較電極2の低温
高率放電容量は小さかった。
【0019】次に、各電極のサイクル寿命性能を図3に
示す。比較電極3は他の電極に比べて、特に深さ0.1
0μmにおけるニッケル含有率が高いものであったが、
そのサイクルの進行にともなう放電容量低下が著しいと
いう特徴が見られた。一方、本発明電極1および本発明
電極2は、サイクル寿命においても優れていることがわ
かる。
【0020】上記の実施例では、特定の組成の水素吸蔵
合金を例にして示したが、水素吸蔵合金は、他の組成の
合金を用いても構わない。
【0021】また、上記の実施例では、酸溶液にて表面
処理することで、ニッケル含有率をコントロールした
が、表面処理はアルカリ溶液を用いても構わない。ま
た、ニッケルメッキを合金に施しても構わない。
【0022】また、上記の実施例では、水素吸蔵合金電
極の製造方法、電解液の組成、充放電の条件等につい
て、特定の具体的な例で説明したが、当該技術分野にお
ける通常の技術を有するものが、本発明の範囲において
修正および変更をおこなうことは可能であり、そのよう
な修正および変更は、本発明の範囲に含まれる。
【0023】
【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、水素吸蔵合金粉末のニッケル含有率を45〜55重
量パーセントとし、かつ水素吸蔵合金粉末のニッケル含
有率をX重量パーセントとあらわした場合、表面から
0.05μmの深さにおけるニッケル含有率がX×
(1.10〜1.20)重量パーセントであり、かつ表
面から0.10μmの深さにおけるニッケル含有率がX
×(1.05〜1.10)重量パーセントなるニッケル
分布の粉末とすることで、低温高率放電性能と寿命性能
に優れた水素吸蔵合金電極を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】水素吸蔵合金粉末中のニッケル含有率分布を比
較した図
【図2】各電極の低温高率放電容量を比較した図
【図3】各電極のサイクル寿命性能を比較した図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニッケルを45〜55重量パーセント含
    有する希土類系水素吸蔵合金粉末からなる水素吸蔵合金
    電極であって、該水素吸蔵合金粉末のニッケル含有率を
    X重量パーセントとあらわした場合、表面から0.05
    μmの深さにおけるニッケル含有率がX×(1.10〜
    1.20)重量パーセントであり、かつ表面から0.1
    0μmの深さにおけるニッケル含有率がX×(1.05
    〜1.10)重量パーセントなる分布の粉末を有する水
    素吸蔵合金電極。
JP11061435A 1999-03-09 1999-03-09 水素吸蔵合金電極 Pending JP2000260429A (ja)

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