JP2001266864A - 水素吸蔵合金、ニッケル水素2次電池負極用合金粉末及びニッケル水素2次電池用負極 - Google Patents

水素吸蔵合金、ニッケル水素2次電池負極用合金粉末及びニッケル水素2次電池用負極

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JP2001266864A JP2000072751A JP2000072751A JP2001266864A JP 2001266864 A JP2001266864 A JP 2001266864A JP 2000072751 A JP2000072751 A JP 2000072751A JP 2000072751 A JP2000072751 A JP 2000072751A JP 2001266864 A JP2001266864 A JP 2001266864A
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hydrogen
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裕司 谷渕
Yasushi Asahi
康 朝日
Saimi Tokui
歳巳 徳井
Kiyoaki Takamaru
聖章 高丸
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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/383Hydrogen absorbing alloys
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Abstract

(57)【要約】 【課題】合金強度に優れ、ニッケル水素2次電池の負極
材料として使用した際に、微粉化が抑制され、高耐食性
並びに高容量を示す水素吸蔵合金、ニッケル水素2次電
池負極用合金粉末及びこれらの合金を用いたニッケル水
素2次電池用負極を提供すること。 【解決手段】AX1-X(MyNi1-y)n(A:Y、Gd、
Tb、Dy、R:La、Ce、Pr、Nd、M:Co、
Al、Mn、Fe、Cu、Zr、Ti、Mo、W、B。
x、y、n:0.01≦x≦0.1、0.01≦y≦
0.5、4.9≦n≦5.4)で表される合金であっ
て、該合金のビッカース硬度(Hv)が900kg/mm
2以上である水素吸蔵合金、この合金を用いたニッケル
水素2次電池負極用合金粉末及びニッケル水素2次電池
用負極。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性等に優れ、
ニッケル水素2次電池の負極材料に利用することによ
り、電池寿命を向上させることができる水素吸蔵合金、
ニッケル水素2次電池負極用合金粉末及び該合金を用い
たニッケル水素2次電池用負極に関する。
【0002】
【従来技術】現在多量に生産されているニッケル水素2
次電池の負極合金としては、Mm−Ni−Co−Al−
Mn系のAB5合金が主に使用されている。この合金は
水素吸蔵量が他の合金に比べて大きく、常温における水
素吸収放出圧が1〜5気圧と使用に供し易いという特徴
を有している。しかし、従来のAB5型構造の希土類ニ
ッケル系合金は、水素吸収放出によって合金が膨張収縮
しクラックが入り、微粉化して電池特性を劣化させると
いう欠点がある。また、近年、高電気容量の電極が望ま
れており、電気容量を増加させるために合金組成を原子
比で希土類元素1に対して、遷移金属4.5〜5の希土
類元素を多く含有させた合金、あるいは希土類金属中の
La量やMn量を増加させた合金が開発されている。し
かし、電気容量の増加に伴い、微粉化、耐食性の劣化が
生じ電池寿命特性が低下するという問題がある。電池寿
命の改善に関しては、Co量の増大、また、特開平6−
215765号公報に記載されるように、イットリウム
及びイットリウム化合物の少なくとも一種の添加物を負
極表面に塗布、あるいは負極内部へ添加することが提案
されている。更に、特許掲載公報第2713881号に
は、合金元素として希土類中にイットリウムを含ませる
ことが提案され、特開平10−25529号公報には、
不純物としてアルカリ土類金属が100ppm以下の、
初期活性、低温特性、高率放電特性に優れた水素吸蔵合
金が提案され、そのビッカース硬度が600kg/mm
2以上のものが提案されている。ところで、ニッケル水
素2次電池負極用合金としては、合金の硬度が高い程、
使用時における耐蝕性に優れ、電池寿命が向上する。そ
こで、このような合金の開発が進められているが、実際
には、ビッカース硬度が900kg/mm2以上のもの
は得られていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、合金強度に優れ、ニッケル水素2次電池の負極材料
として使用した際に、微粉化が抑制され、高耐食性並び
に高容量を示す水素吸蔵合金、ニッケル水素2次電池負
極用合金粉末及びこれらの合金を用いたニッケル水素2
次電池用負極を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために、鋭意検討した結果、特定の組成を有
する合金溶湯に対して、冷却条件、熱処理条件等を適宜
組合せて選択することにより、容易にビッカース硬度9
00kg/mm2以上の水素吸蔵合金が得られることを
見出し、本発明を完成した。
【0005】すなわち、本発明によれば、AX1-X(My
Ni1-y)n(式中、AはY、Gd、Tb、Dy又はこれ
らの混合物、RはLa、Ce、Pr、Nd又はこれらの
混合物、MはCo、Al、Mn、Fe、Cu、Zr、T
i、Mo、W、B又はこれらの混合元素を示す。x、y
及びnは、それぞれ0.01≦x≦0.1、0.01≦
y≦0.5、4.9≦n≦5.4である)で表される合
金であって、該合金のビッカース硬度(Hv)が900k
g/mm2以上であることを特徴とする水素吸蔵合金が
提供される。また本発明によれば、前記水素吸蔵合金か
らなり、該合金をニッケル水素2次電池用負極材料とし
た2次電池を作製した際に、25℃の恒温で、60mA
/gの定電流により充放電を200サイクル繰返した後
の該合金の酸化率が10.0%以下であることを特徴と
するニッケル水素2次電池負極用合金粉末が提供され
る。更に本発明によれば、前記水素吸蔵合金と、導電材
とを含むニッケル水素2次電池用負極が提供される。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を更に詳細に説明す
る。本発明の水素吸蔵合金は、式AX1-X(MyNi1-y)
nで表される、合金のビッカース硬度(Hv)が900k
g/mm2以上の合金である。式中Aは、Y(イットリウ
ム)、Gd(ガドミウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジス
プロシウム)又はこれらの混合物、RはLa(ランタ
ン)、Ce(セリウム)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオ
ジム)又はこれらの混合物、MはCo(コバルト)、Al
(アルミニウム)、Mn(マンガン)、Fe(鉄)、Cu
(銅)、Zr(ジルコニウム)、Ti(チタン)、Mo(モリ
ブデン)、W(タングステン)、B(ホウ素)又はこれらの
混合物を示す。x、y及びnは、それぞれxが、0.0
1≦x≦0.1、好ましくは0.03≦x≦0.08、
更に好ましくは0.03≦x≦0.05、yが0.01
≦y≦0.5、nが4.9≦n≦5.4である。xが
0.01未満では、得られる合金の機械的強度及び耐食
性が低下し、2次電池の負極材料とした際に電池寿命が
著しく低下する。xが0.1を超える場合、得られる合
金の機械的強度及び耐食性の向上は見られない。nが上
記範囲外では、第二相が析出し耐食性が著しく低下す
る。
【0007】本発明の水素吸蔵合金の組成としては、上
記式を充足すれば特に限定されないが、例えば、 La0.30Ce0.44Pr0.04Nd0.17Y0.05(Ni3.55Co0.75Al0.30Mn
0.40)5、 La0.30Ce0.44Pr0.04Nd0.17Y0.05(Ni3.40Co0.80Al0.30Mn
0.40)4.9、 La0.35Ce0.42Pr0.03Nd0.15Y0.05(Ni3.75Co0.60Al0.30Mn
0.45)5.1、 La0.38Ce0.40Pr0.03Nd0.14Y0.05(Ni3.90Co0.50Al0.30Mn
0.50)5.2、 La0.42Ce0.40Pr0.02Nd0.11Y0.05(Ni4.20Co0.40Al0.30Mn
0.50)5.40、La0.30Ce0.4 5Pr0.04Nd0.18Y0.03(Ni3.55Co
0.75Al0.30Mn0.40)5、 La0.30Ce0.45Pr0.04Nd0.18Y0.03(Ni3.90Co0.50Al0.30Mn
0.50)5.2、 La0.28Ce0.47Pr0.05Nd0.19Y0.01(Ni3.55Co0.75Al0.30Mn
0.40)5、 La0.28Ce0.47Pr0.05Nd0.19Y0.01(Ni3.65Co0.65Al0.30Mn
0.40)5、 La0.46Ce0.33Pr0.02Nd0.09Y0.10(Ni3.55Co0.75Al0.30Mn
0.40)5、 La0.30Ce0.44Pr0.04Nd0.17Gd0.03(Ni3.55Co0.75Al0.30M
n0.40)5、 La0.30Ce0.44Pr0.04Nd0.17Gd0.05(Ni3.55Co0.75Al0.30M
n0.40)5、 La0.30Ce0.44Pr0.04Nd0.17Dy0.03(Ni3.55Co0.75Al0.30M
n0.40)5、 La0.30Ce0.44Pr0.04Nd0.17Dy0.05(Ni3.55Co0.75Al0.30M
n0.40)5、 La0.30Ce0.44Pr0.04Nd0.17Tb0.05(Ni3.55Co0.75Al0.30M
n0.40)5等が挙げられる。
【0008】本発明のニッケル水素2次電池負極用合金
粉末は、前記水素吸蔵合金からなり、該合金をニッケル
水素2次電池用負極材料とした2次電池を作製した際
に、25℃の恒温で、1.0mA・cm-2の定電流によ
り充放電を200サイクル繰返した後の該合金の酸化率
が10.0%以下を示す合金である。その組成の好まし
いものとしては上記具体的に例示した組成が好ましい。
また、本発明のニッケル水素2次電池負極用合金粉末の
粒度は、平均60μm以下、好ましくは10〜50μm
が好ましい。
【0009】本発明の水素吸蔵合金を製造する方法とし
ては、上記式で示される組成を有し、且つHvが900
kg/mm2以上を示すものが得られ方法であれば特に
限定されない。例えば、以下に示す条件から、後述する
実施例の条件等を参照して適宜条件を選択することによ
り得ることができる。この際、重要な点は、上記式で示
される組成におけるxの値である。要するに、RをAで
置換する組成が重要であり、この組成を採用し冷却条件
等を適宜選択することにより本発明の水素吸蔵合金を得
ることができる。製造条件としては、好ましくは、単ロ
ール等を用いて合金溶湯を、過冷度50〜500℃、冷
却速度100〜10000℃/秒、特に好ましくは30
00〜10000℃/秒の冷却条件で厚さ0.1〜0.
5mm程度に均一に凝固させた後、得られた合金を真空
中若しくは不活性雰囲気中で、600〜1100℃、好
ましくは800〜1050℃、更に好ましくは850〜
1000℃で、0.1〜12時間、好ましくは1〜8時
間、更に好ましくは4〜6時間加熱処理する方法等によ
り得ることができる。この際、冷却速度が100℃/秒
未満では、強度及び耐食性の向上は期待できない。
【0010】本発明のニッケル水素2次電池負極用合金
粉末を製造するには、前記本発明の水素吸蔵合金を、ボ
ールミル、ディスクミル、ハンマーミル等により所望粒
度に粉砕することにより得ることができる。この粉砕
は、不活性雰囲気中、水素雰囲気中、真空中等で行なう
ことができる。
【0011】本発明のニッケル水素2次電池用負極は、
前記水素吸蔵合金と、導電材とを含む。好ましくは、前
記本発明のニッケル水素2次電池負極用合金粉末と、導
電材とを含んでおれば特に限定されず、常法にしたがっ
て、結着剤等を用いて製造することができる。
【0012】
【発明の効果】本発明の水素吸蔵合金及びニッケル水素
2次電池負極用合金粉末は、特定の組成を有し、且つ優
れたビッカース硬度を有するので、合金強度に優れ、ニ
ッケル水素2次電池の負極材料として使用した際に、微
粉化が抑制され、高耐食性並びに高容量を示す。また、
本発明のニッケル水素2次電池用負極は、上記水素吸蔵
合金又はニッケル水素2次電池負極用合金粉末を用いる
ので、ニッケル水素2次電池の電池寿命を向上させるこ
とができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例により更に
詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。実施例1 出発原料として、三徳金属工業(株)製のイットリウムメ
タル、ランタンメタル、セリウムメタル、プラセオジム
メタル及びネオジムメタルと、希土類組成がLa25容
量%、Ce50容量%、Pr5容量%及びNd20容量
%である、三徳金属工業(株)製のMm(ミッシュメタル)
と、純度99.9%のNiと、純度99.9%のAl、
Mn及びCoとを、表1に示す組成になるように配合
し、アルゴンガス雰囲気中で高周波溶解し、合金溶湯を
調製した。続いて、得られた合金溶湯を単ロール鋳造装
置を用いて過冷度150℃、冷却速度2000〜500
0℃/秒の条件で、0.1〜0.3mmの帯状合金鋳塊
を製造した。得られた合金鋳塊をアルゴンガス雰囲気
中、950℃、6時間熱処理した。次いで、得られた熱
処理後の合金鋳塊を、鏡面研磨し、合金ビッカース硬度
を、微小硬度測定機((株)明石製作所製)を用いて測定し
た。結果を表1に示す。
【0014】実施例2〜15、比較例1〜3 原料組成を表1に示すとおり代えた以外は、実施例1と
同様に水素吸蔵合金を調製し、マイクロビッカース硬度
を測定した。結果を表1に示す。
【0015】比較例4 実施例1において、単ロールによる合金溶湯の冷却を、
水冷式銅型に注湯し、厚さ20mmの合金鋳塊を得、実
施例1と同様に熱処理及び粉砕を行なって、水素吸蔵合
金を調製し、マイクロビッカース硬度を測定した。結果
を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】実施例16 実施例1で調製した合金をハンマーミルにて粉砕し、そ
の合金粉末10gと、導電剤として銅粉1gと、FEP
(4フッ化エチレン6フッ化プロピレン共重合体)粉末
0.3gとを混合し、直径20mmのペレット電極を作
製した。得られた電極を6規定のKOH溶液に浸漬し、
酸化水銀参照電極を用いて電池を構成し、ポテンショガ
ルバノスタット(北斗電工製)により電極特性を測定し
た。測定条件は、25℃の恒温、60mA/gの定電流
で充放電を200サイクル行なった。また、測定前及び
200サイクル後のペレット電極の酸素値について、HO
RIBA製酸素分析装置を用いて酸素値を測定した。更に、
200サイクル後のペレット電極中の合金粉末の粒度分
布を、日機装マイクロトラックで測定した。結果を表2
に示す。なお、表2中の酸化率は、酸化率=(200サ
イクル後の酸素値)/(初期酸素値)により求めた。
【0018】実施例17〜21及び比較例5〜6 実施例16において、実施例1で調製した合金の代わり
に、実施例2で調製した合金(実施例17)、実施例4で
調製した合金(実施例18)、実施例6で調製した合金
(実施例19)、実施例7で調製した合金(実施例20)、
実施例8で調製した合金(実施例21)、比較例1で調製
した合金(比較例5)、比較例2で調製した合金(比較例
6)、又は比較例4で調製した合金(比較例7)を用いた
以外は、同様にペレット電極を作製し、各種測定を行な
った。結果を表2に示す。
【0019】
【表2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳井 歳巳 兵庫県神戸市東灘区深江北町4−14−34 三徳金属工業株式会社内 (72)発明者 高丸 聖章 兵庫県神戸市東灘区深江北町4−14−34 三徳金属工業株式会社内 Fターム(参考) 4K018 AA08 BD07 GA04 KA38 5H050 AA08 BA14 CA03 CB17 DA03 DA10 EA02 FA17 HA00 HA02 HA19

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 AX1-X(MyNi1-y)n(式中、Aは
    Y、Gd、Tb、Dy又はこれらの混合物、RはLa、
    Ce、Pr、Nd又はこれらの混合物、MはCo、A
    l、Mn、Fe、Cu、Zr、Ti、Mo、W、B又は
    これらの混合元素を示す。x、y及びnは、それぞれ
    0.01≦x≦0.1、0.01≦y≦0.5、4.9
    ≦n≦5.4である)で表される合金であって、該合金
    のビッカース硬度(Hv)が900kg/mm2以上であ
    ることを特徴とする水素吸蔵合金。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の水素吸蔵合金からなり、
    該合金をニッケル水素2次電池用負極材料とした2次電
    池を作製した際に、25℃の恒温で、60mA/gの定
    電流により充放電を200サイクル繰返した後の該合金
    の酸化率が10.0%以下であることを特徴とするニッ
    ケル水素2次電池負極用合金粉末。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の水素吸蔵合金と、導電材
    とを含むニッケル水素2次電池用負極。
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