JP2001307722A - Alkaline secondary battery - Google Patents

Alkaline secondary battery

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JP2001307722A
JP2001307722A JP2000122962A JP2000122962A JP2001307722A JP 2001307722 A JP2001307722 A JP 2001307722A JP 2000122962 A JP2000122962 A JP 2000122962A JP 2000122962 A JP2000122962 A JP 2000122962A JP 2001307722 A JP2001307722 A JP 2001307722A
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JP
Japan
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powder
negative electrode
hydrogen storage
secondary battery
average particle
Prior art date
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Application number
JP2000122962A
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Japanese (ja)
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Akiko Morikawa
明子 森川
Hideji Suzuki
秀治 鈴木
Shuichiro Irie
周一郎 入江
Kazuhiro Takeno
和太 武野
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FDK Twicell Co Ltd
Original Assignee
Toshiba 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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alkaline secondary battery with a high capacity and a long life. SOLUTION: This battery is equipped with a negative electrode 4 that contains a hydrogen storage alloy powder A with composition expressed by formula (1) and average particle size of 45 to 70 μm, and another hydrogen storage alloy powder B with composition expressed by the same formula (1) and average particle size of 10 to 40 μm, and blending ratio of A is larger than that of B and tap density of the mixture of the powders A and B is higher than 4.0 g/cc. (1) Ln1-xMgx(Ni1-yTy)z. Here, Ln is an element selected frong among lanthanoids, Ca, Sr, Y, Ti, Zr and Hf, while T is an element selected from among Li, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Al, Ga, Zn, Sn, In, Cu, Si, P and B, and atomic ratios x, y and z satisfy 0<x<1, 0<=y<=0.5 and 2.5<=z<=4.5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水素吸蔵合金を含
む負極を改良したアルカリ二次電池に関する。
The present invention relates to an alkaline secondary battery having an improved negative electrode containing a hydrogen storage alloy.

【0002】[0002]

【従来の技術】高容量が得られる二次電池として、ニッ
ケル・カドミウム二次電池や金属酸化物・水素二次電池
(例えばニッケル水素二次電池)のようなアルカリ二次
電池、リチウムイオン二次電池が知られている。このう
ち、金属酸化物・水素二次電池は、環境適合性に優れて
いるため、ポータブル機器等に広く用いられている。近
年のポータブル機器の発達に伴って、金属酸化物・水素
二次電池のさらなる高容量化、長寿命化が求められてい
る。
2. Description of the Related Art Alkaline secondary batteries such as nickel-cadmium secondary batteries and metal oxide / hydrogen secondary batteries (for example, nickel-metal hydride secondary batteries) and lithium ion secondary batteries are available as secondary batteries capable of obtaining high capacity. Batteries are known. Among them, metal oxide / hydrogen secondary batteries are widely used in portable devices and the like because of their excellent environmental compatibility. With the development of portable devices in recent years, there has been a demand for higher capacity and longer life of metal oxide / hydrogen secondary batteries.

【0003】ところで、金属酸化物・水素二次電池の負
極に含まれる水素吸蔵合金には、従来、MmNi5
(Mmはミッシュメタルを示す)合金、TiMn2系合
金が用いられている。
Incidentally, as a hydrogen storage alloy contained in a negative electrode of a metal oxide / hydrogen secondary battery, conventionally, an MmNi 5 alloy (Mm represents a misch metal) or a TiMn 2 alloy has been used.

【0004】しかしながら、MmNi5系合金や、Ti
Mn2系合金を含む負極を備えた金属酸化物・水素二次
電池では、負極の水素吸蔵・放出能が合金の持つ水素吸
蔵能力の限界に近くなってきているため、これ以上の高
容量化が望めなくなってきている。
However, MmNi 5 alloys, Ti
In metal oxide / hydrogen secondary batteries equipped with a negative electrode containing an Mn 2 alloy, the hydrogen storage / release capacity of the negative electrode is approaching the limit of the hydrogen storage capacity of the alloy. Is becoming less hopeful.

【0005】また、V−Ti系、TiFe系、Mg2
i系合金などが開発されており、これらは高温下で直接
水素ガスと反応した際の反応量に優れているものの、常
温常圧下での水素との反応性に乏しく、そのうえ初期活
性化が困難であるなどの多くの問題点を有する。
[0005] V-Ti, TiFe, Mg 2 N
i-type alloys have been developed. These have excellent reactivity when reacted directly with hydrogen gas at high temperatures, but have poor reactivity with hydrogen at normal temperature and pressure, and are difficult to activate at the initial stage. And many other problems.

【0006】一方、マグネシウム、ニッケル及び希土類
元素を主要構成元素とする水素吸蔵合金は、MmNi5
系合金よりも体積当たりの容量密度並びに重量当たりの
容量密度に優れるという特長を有する。このため、この
水素吸蔵合金を含む負極を備えた金属酸化物・水素二次
電池は、MmNi5系合金を用いる場合に比べて容量を
高くすることができると共に、TiMn2系合金を用い
る場合に比べて高率充放電特性を向上することができ
る。
On the other hand, a hydrogen storage alloy containing magnesium, nickel and a rare earth element as main constituent elements is MmNi 5
It has the feature of being superior in capacity density per volume and capacity density per weight as compared with the base alloy. For this reason, the metal oxide / hydrogen secondary battery provided with the negative electrode containing this hydrogen storage alloy can have a higher capacity as compared with the case of using the MmNi 5 -based alloy, and has a higher capacity when using the TiMn 2 -based alloy. As a result, the high-rate charge / discharge characteristics can be improved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マグネ
シウム、ニッケル及び希土類元素を主要構成元素とする
水素吸蔵合金を含む負極を備えた二次電池は、水素吸蔵
合金が腐食しやすく、腐食反応に伴うアルカリ電解液の
消費によって電解液が早くに枯渇するため、サイクル寿
命が短いという問題点を有する。
However, in a secondary battery provided with a negative electrode containing a hydrogen storage alloy containing magnesium, nickel and a rare earth element as main constituent elements, the hydrogen storage alloy is liable to corrode, and an alkaline There is a problem that the cycle life is short because the electrolyte is quickly depleted by consumption of the electrolyte.

【0008】本発明は、高容量で、かつ長寿命なアルカ
リ二次電池を提供しようとするものである。
An object of the present invention is to provide an alkaline secondary battery having a high capacity and a long life.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係わるアルカリ
二次電池は、下記一般式(1)で表される組成を有し、
かつ平均粒径が45〜70μmの水素吸蔵合金粉末Aと
下記一般式(1)で表される組成を有し、かつ平均粒径
が10〜40μmの水素吸蔵合金粉末Bとを含む負極を
備え、前記粉末Bの配合比を1とした際の前記粉末Aの
配合比が1以上で、かつ前記粉末Aと前記粉末Bからな
る混合粉末のタップ密度が4.0g/cc以上であるこ
とを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems An alkaline secondary battery according to the present invention has a composition represented by the following general formula (1),
And a negative electrode comprising a hydrogen storage alloy powder A having an average particle size of 45 to 70 μm and a hydrogen storage alloy powder B having a composition represented by the following general formula (1) and having an average particle size of 10 to 40 μm. The mixing ratio of the powder A when the mixing ratio of the powder B is 1 is 1 or more, and the tap density of the mixed powder composed of the powder A and the powder B is 4.0 g / cc or more. It is a feature.

【0010】 Ln1-xMgx(Ni1-yyz …(1) 但し、Lnはランタノイド元素、Ca、Sr、Y、T
i、ZrおよびHfから選ばれる少なくとも1種類の元
素で、TはLi、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Mn、
Fe、Co、Al、Ga、Zn、Sn、In、Cu、S
i、P及びBから選ばれる少なくとも1種類の元素で、
原子比x、y及びzは0<x<1、0≦y≦0.5、
2.5≦z≦4.5を示す。
Ln 1-x Mg x (Ni 1-y T y ) z (1) where Ln is a lanthanoid element, Ca, Sr, Y, T
i is at least one element selected from Zr and Hf, and T is Li, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Mn,
Fe, Co, Al, Ga, Zn, Sn, In, Cu, S
i, at least one element selected from P and B,
The atomic ratios x, y and z are 0 <x <1, 0 ≦ y ≦ 0.5,
2.5 ≦ z ≦ 4.5.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明に係わるアルカリ二次電池
は、下記一般式(1)で表される組成を有し、平均粒径
が45〜70μmの水素吸蔵合金粉末Aと下記一般式
(1)で表される組成を有し、平均粒径が10〜40μ
mの水素吸蔵合金粉末Bとを含む負極;正極; 前記正
極及び前記負極の間に配置されるセパレータ;及びアル
カリ電解液;を備える。また、前記粉末Bの配合量を1
とした際の前記粉末Aの配合量が1以上で、かつ前記粉
末Aと前記粉末Bからなる混合粉末のタップ密度が4.
0g/cc以上である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An alkaline secondary battery according to the present invention has a composition represented by the following general formula (1), and has a hydrogen storage alloy powder A having an average particle size of 45 to 70 μm and the following general formula ( It has a composition represented by 1) and has an average particle size of 10 to 40 μm.
a positive electrode; a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode; and an alkaline electrolyte. The amount of the powder B is 1
And the amount of the powder A is 1 or more, and the tap density of the mixed powder composed of the powder A and the powder B is 4.
0 g / cc or more.

【0012】 Ln1-xMgx(Ni1-yyz …(1) 但し、Lnはランタノイド元素、Ca、Sr、Y、T
i、ZrおよびHfから選ばれる少なくとも1種類の元
素で、TはLi、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Mn、
Fe、Co、Al、Ga、Zn、Sn、In、Cu、S
i、P及びBから選ばれる少なくとも1種類の元素で、
原子比x、y及びzは0<x<1、0≦y≦0.5、
2.5≦z≦4.5を示す。
Ln 1-x Mg x (Ni 1-y T y ) z (1) where Ln is a lanthanoid element, Ca, Sr, Y, T
i is at least one element selected from Zr and Hf, and T is Li, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Mn,
Fe, Co, Al, Ga, Zn, Sn, In, Cu, S
i, at least one element selected from P and B,
The atomic ratios x, y and z are 0 <x <1, 0 ≦ y ≦ 0.5,
2.5 ≦ z ≦ 4.5.

【0013】前述した一般式(1)で表される組成にお
いて、原子比xのより好ましい範囲は0.1≦x≦0.
9である。また、原子比yのより好ましい範囲は0≦y
≦0.3である。さらに、原子比zのより好ましい範囲
は2.9≦z≦3.6である。
In the composition represented by the general formula (1), a more preferable range of the atomic ratio x is 0.1 ≦ x ≦ 0.
9 A more preferable range of the atomic ratio y is 0 ≦ y
≦ 0.3. Further, a more preferable range of the atomic ratio z is 2.9 ≦ z ≦ 3.6.

【0014】次に、前記負極、正極、セパレータおよび
電解液について説明する。
Next, the negative electrode, the positive electrode, the separator and the electrolyte will be described.

【0015】1)負極 この負極は、例えば、前記水素吸蔵合金粉末A及び前記
水素吸蔵合金粉末Bに導電材を添加し、結着剤および水
と共に混練してペーストを調製し、このペーストを導電
性基板に充填し、乾燥した後、プレスすることにより製
造される。
1) Negative Electrode For the negative electrode, for example, a conductive material is added to the hydrogen storage alloy powder A and the hydrogen storage alloy powder B and kneaded with a binder and water to prepare a paste. It is manufactured by filling a flexible substrate, drying and pressing.

【0016】この負極において、水素吸蔵合金粉末Aの
平均粒径が70μmを超えると、二次電池の初期活性が
低下する。また、負極を製造する際に合金粉末が脱落し
やすくなったり、プレス工程で合金粉末が粉砕されやす
くなる。プレスの際に合金粉末が粉砕されると、合金の
比表面積が大きくなるため、腐食反応を助長する。
In this negative electrode, when the average particle size of the hydrogen storage alloy powder A exceeds 70 μm, the initial activity of the secondary battery decreases. In addition, when manufacturing the negative electrode, the alloy powder easily falls off, or the alloy powder is easily crushed in the pressing step. When the alloy powder is pulverized at the time of pressing, the specific surface area of the alloy is increased, which promotes a corrosion reaction.

【0017】水素吸蔵合金粉末Bの平均粒径を10μm
未満にすると、水素吸蔵合金の活性が高くなるため、空
気中で酸化されやすくなる。
The hydrogen storage alloy powder B has an average particle size of 10 μm.
When it is less than the above value, the activity of the hydrogen storage alloy becomes high, so that it is easily oxidized in the air.

【0018】前記粉末Bの配合量を1とした際の前記粉
末Aの配合量を1未満にすると、合金粉末と電解液との
反応面積が大きくなるため、腐食の進行が早くなり、サ
イクル寿命が低下する。
If the amount of the powder A is less than 1 when the amount of the powder B is set to 1, the reaction area between the alloy powder and the electrolytic solution is increased, so that the corrosion progresses quickly and the cycle life is increased. Decrease.

【0019】前記粉末Aと前記粉末Bからなる混合粉末
のタップ密度は、JIS K1469に規定されたアセ
チレンブラックにおけるかさ密度の測定法により測定さ
れる。
The tap density of the mixed powder composed of the powder A and the powder B is measured by a method for measuring bulk density of acetylene black specified in JIS K1469.

【0020】JIS K1469に規定されたアセチレ
ンブラックにおけるかさ密度の測定法を以下に説明す
る。
The method for measuring the bulk density of acetylene black specified in JIS K1469 will be described below.

【0021】(要旨)試料をメスシリンダーに取り、ゴ
ム板上に落下させて圧縮したときの体積から、かさ密度
を求める。
(Summary) The bulk density is determined from the volume of the sample taken in a measuring cylinder, dropped on a rubber plate and compressed.

【0022】(操作)(1)乾燥試料100mlを、質
量既知のメスシリンダー100mlを斜めにして、さじ
を用いて徐々に入れ、その質量を10mgまで量る。
(2)メスシリンダーにゴム栓をした後、ゴム板上で約
5cmの高さから50回落下させ、圧縮された試料の体
積を読み取る。
(Operation) (1) 100 ml of a dried sample is gradually put in using a spoon with a 100 ml measuring cylinder having a known mass obliquely, and the mass is weighed to 10 mg.
(2) After a rubber stopper is attached to the measuring cylinder, the sample cylinder is dropped 50 times from a height of about 5 cm on the rubber plate, and the volume of the compressed sample is read.

【0023】(計算)かさ密度は、次の式によって算出
する。
(Calculation) The bulk density is calculated by the following equation.

【0024】D=m/V ここに、前記Dはかさ密度(g/ml)で、前記mは試
料の質量(g)で、前記Vは50回落下後の試料の体積
(ml)である。
D = m / V where D is the bulk density (g / ml), m is the mass (g) of the sample, and V is the volume (ml) of the sample after falling 50 times. .

【0025】前記タップ密度を4.0g/cc未満にす
ると、合金粒子間に隙間を生じやすく、合金粒子同士の
接触が不十分になるため、負極の導電性が低下する。そ
の結果、負極の利用率が低くなるため、サイクル寿命が
低下する。
When the tap density is less than 4.0 g / cc, a gap is easily formed between the alloy particles, and the contact between the alloy particles becomes insufficient, so that the conductivity of the negative electrode decreases. As a result, the utilization rate of the negative electrode decreases, and the cycle life decreases.

【0026】前記結着剤としては、例えば、カルボキシ
メチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、ポリ
アクリル酸ナトリウム、ポリテトラフルオロエチレン、
ポリビニルアルコール(PVA)、スチレンブタジエン
ゴム(SBR)等を挙げることができる。
Examples of the binder include carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose, sodium polyacrylate, polytetrafluoroethylene,
Examples thereof include polyvinyl alcohol (PVA) and styrene butadiene rubber (SBR).

【0027】前記導電材としては、例えばカーボンブラ
ック、黒鉛等を用いることができる。
As the conductive material, for example, carbon black, graphite or the like can be used.

【0028】前記導電性基板としては、パンチドメタ
ル、エキスパンデッドメタル、金網などの二次元基板
や、フェルト状金属多孔体や、スポンジ状金属基板など
の三次元基板を挙げることができる。
Examples of the conductive substrate include a two-dimensional substrate such as a punched metal, an expanded metal, and a wire mesh, and a three-dimensional substrate such as a felt-like metal porous body and a sponge-like metal substrate.

【0029】2)正極 この正極は、活物質である水酸化ニッケル粒子、導電材
料および結着剤を含む正極材料を導電性基板に担持した
構造を有する。
2) Positive Electrode This positive electrode has a structure in which a positive electrode material containing nickel hydroxide particles as an active material, a conductive material and a binder is supported on a conductive substrate.

【0030】前記水酸化ニッケル粒子としては、例えば
単一の水酸化ニッケル粒子、または亜鉛、コバルト、ビ
スマス、銅のような金属を金属ニッケルと共に共沈され
た水酸化ニッケル粒子を用いることができる。特に、後
者の水酸化ニッケル粒子を含む正極は、高温状態におけ
る充電効率をより一層向上することが可能になる。
As the nickel hydroxide particles, for example, single nickel hydroxide particles or nickel hydroxide particles in which a metal such as zinc, cobalt, bismuth, or copper is coprecipitated with metallic nickel can be used. In particular, the latter positive electrode containing nickel hydroxide particles can further improve the charging efficiency in a high-temperature state.

【0031】前記導電材料としては、例えば金属コバル
ト、コバルト酸化物、コバルト水酸化物等を挙げること
ができる。
Examples of the conductive material include metal cobalt, cobalt oxide, cobalt hydroxide and the like.

【0032】前記結着剤としては、例えばカルボキシメ
チルセルロース、メチルセルロース、ポリアクリル酸ナ
トリウム、ポリテトラフルオロエチレン等を挙げること
ができる。
Examples of the binder include carboxymethylcellulose, methylcellulose, sodium polyacrylate, polytetrafluoroethylene and the like.

【0033】前記導電性基板としては、例えばニッケ
ル、ステンレスまたはニッケルメッキが施された金属か
ら形成された網状、スポンジ状、繊維状、もしくはフェ
ルト状の金属多孔体、パンチドメタルなどの二次元基板
の孔の周縁に凹凸を有するもの等を挙げることができ
る。
As the conductive substrate, for example, a two-dimensional substrate such as a mesh-like, sponge-like, fiber-like, or felt-like porous metal body or a punched metal made of nickel, stainless steel, or nickel-plated metal is used. Having irregularities on the periphery of the hole.

【0034】この正極は、例えば活物質である水酸化ニ
ッケル粒子に導電材料を添加し、高分子結着剤および水
と共に混練してペーストを調製し、このペーストを導電
性基板に充填し、乾燥した後、成形することにより作製
される。
This positive electrode is prepared by adding a conductive material to, for example, nickel hydroxide particles as an active material, kneading the mixture with a polymer binder and water to prepare a paste, filling the paste into a conductive substrate, and drying the paste. After that, it is produced by molding.

【0035】3)セパレータ このセパレータとしては、例えばポリアミド繊維製不織
布、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィ
ン繊維製不織布、またはこれらの不織布に親水性官能基
を付与したものを挙げることができる。
3) Separator Examples of the separator include a nonwoven fabric made of polyamide fiber, a nonwoven fabric made of polyolefin fiber such as polyethylene and polypropylene, or a nonwoven fabric provided with a hydrophilic functional group.

【0036】4)アルカリ電解液 このアルカリ電解液としては、例えば水酸化ナトリウム
(NaOH)と水酸化リチウム(LiOH)の混合液、
水酸化カリウム(KOH)とLiOHの混合液、KOH
とLiOHとNaOHの混合液等を用いることができ
る。
4) Alkaline Electrolyte As the alkaline electrolyte, for example, a mixed solution of sodium hydroxide (NaOH) and lithium hydroxide (LiOH),
A mixture of potassium hydroxide (KOH) and LiOH, KOH
And a mixed solution of LiOH and NaOH.

【0037】以上説明した本発明に係るアルカリ二次電
池によれば、高い初期活性と、高容量と、長寿命とを同
時に満足することができる。
According to the alkaline secondary battery of the present invention described above, high initial activity, high capacity, and long life can be satisfied at the same time.

【0038】すなわち、前記一般式(1)で表される組
成を有する水素吸蔵合金は、単位体積当たりの容量並び
に単位重量当たりの容量がLaNi5系合金に比べて高
いため、一定容量を得るために必要な負極体積を小さく
することができ、その体積減少分正極体積を増加させて
二次電池の高容量化を図ることができる。また、高容量
化に伴う容器内空隙の減少率を少なくすることができる
ため、十分な量のアルカリ電解液を収容することができ
る。
That is, since the hydrogen storage alloy having the composition represented by the general formula (1) has a higher capacity per unit volume and a higher capacity per unit weight than the LaNi 5 series alloy, it is necessary to obtain a constant capacity. The volume of the negative electrode necessary for the secondary battery can be reduced, and the volume of the positive electrode can be increased by the reduced volume, so that the secondary battery can have a higher capacity. In addition, since the rate of decrease in voids in the container due to the increase in capacity can be reduced, a sufficient amount of alkaline electrolyte can be accommodated.

【0039】ところで、前記組成を有する平均粒径が4
5〜70μmの水素吸蔵合金粉末Aのみを水素吸蔵合金
として含む負極は、合金と電解液との接触面積を低減す
ることができるために合金の腐食を抑制できるものの、
初期活性の低下を招く。この粉末Aに前記組成を有する
平均粒径が10〜40μmの水素吸蔵合金粉末Bを添加
することによって、粉末Bは充放電サイクル初期から水
素の吸蔵・放出を行えるため、高い初期活性が得られ
る。
The average particle size having the above composition is 4
The negative electrode containing only the hydrogen storage alloy powder A having a diameter of 5 to 70 μm as the hydrogen storage alloy has a reduced contact area between the alloy and the electrolytic solution, but can suppress corrosion of the alloy.
This leads to a decrease in the initial activity. By adding a hydrogen storage alloy powder B having the above composition and having an average particle diameter of 10 to 40 μm to the powder A, the powder B can store and release hydrogen from the initial stage of the charge and discharge cycle, and thus a high initial activity can be obtained. .

【0040】また、前記粉末Bの配合比を1とした際に
前記粉末Aの配合比を1以上にすることによって、粉末
Bの添加に伴って合金と電解液との接触面積が大幅に増
加するのを抑制することができるため、合金の電解液に
よる腐食を抑制することができ、電解液の枯渇を防止す
ることができる。さらに、前記粉末Aと前記粉末Bから
なる混合粉末のタップ密度を4.0g/cc以上にする
ことによって、粒径の大きな粉末Aの隙間に粉末Bが入
るため、合金同士の電気的接触点数が多くなり、負極の
導電性を向上することができ、負極の利用率を向上する
ことができる。従って、合金の腐食が抑制されると共
に、負極の利用率が向上されるため、負極の劣化を抑え
ることができ、充放電サイクル寿命を向上することがで
きる。
When the compounding ratio of the powder B is set to 1 and the compounding ratio of the powder A is set to 1 or more, the contact area between the alloy and the electrolytic solution is greatly increased with the addition of the powder B. Therefore, corrosion of the alloy due to the electrolytic solution can be suppressed, and depletion of the electrolytic solution can be prevented. Furthermore, by setting the tap density of the mixed powder composed of the powder A and the powder B to 4.0 g / cc or more, the powder B enters the gap between the powders A having a large particle size, and thus the number of electrical contact points between the alloys is increased. , The conductivity of the negative electrode can be improved, and the utilization rate of the negative electrode can be improved. Therefore, corrosion of the alloy is suppressed and the utilization rate of the negative electrode is improved, so that deterioration of the negative electrode can be suppressed and the charge / discharge cycle life can be improved.

【0041】[0041]

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0042】(実施例1〜3及び比較例1〜6) <負極の作製>組成がLa0.7Mg0.3(Ni0.9
0.13.0となるように各金属を混合し、高周波溶解炉
にてアルゴンガス雰囲気中で溶解冷却し、インゴットを
得た。このインゴットを熱処理して均質化を行い、不活
性ガス雰囲気中で粉砕後、レーザー回折法により測定し
た平均粒径(D50)が5,20,30,35,50,6
0,80,100μmの8種類の水素吸蔵合金粉末を得
た。これらのうちから2種類を選択し、平均粒径が大き
い方を粉末Aとし、かつ平均粒径が大きい方を粉末Bと
し、粉末Aと粉末Bの混合比(A:B)が下記表1に示
す値となるように混合した。得られた混合粉末のタップ
密度をJIS K1469に規定されたアセチレンブラ
ックにおけるタップ密度の測定法に従って測定し、その
結果を下記表1に示す。
(Examples 1-3 and Comparative Examples 1-6) <Preparation of Negative Electrode> The composition was La 0.7 Mg 0.3 (Ni 0.9 C
o 0.1 ) Each metal was mixed so as to be 3.0, and melted and cooled in an argon gas atmosphere in a high-frequency melting furnace to obtain an ingot. The ingot was heat-treated and homogenized, pulverized in an inert gas atmosphere, and had an average particle diameter (D 50 ) measured by a laser diffraction method of 5 , 20, 30, 35, 50 , 6 or more.
Eight kinds of hydrogen storage alloy powders of 0, 80, and 100 μm were obtained. Two of these were selected, and the powder having the larger average particle diameter was designated as powder A, and the powder having the larger average particle diameter was designated as powder B. The mixing ratio (A: B) of powder A and powder B was as shown in Table 1 below. Were mixed so as to have the values shown in Table 1. The tap density of the obtained mixed powder was measured according to the tap density measurement method for acetylene black specified in JIS K1469, and the results are shown in Table 1 below.

【0043】各混合粉末100重量部に結着剤としてポ
リアクリル酸ナトリウム0.5重量部、カルボキシメチ
ルセルロース(CMC)0.12重量部並びにポリテト
ラフルオロエチレンのディスパージョン(比重1.5、
固形分60重量%)を固形分換算で1.0重量部と、導
電材としてのカーボンブラック1.0重量部とを添加
し、水30重量部と共に混合することによりペーストを
調製した。このペーストを多孔度が95%の発泡ニッケ
ルに充填し、125℃で乾燥し、0.30mmにプレス
成形した後、幅60mm、長さ168mmに裁断し、負
極を得た。
To 100 parts by weight of each mixed powder, 0.5 parts by weight of sodium polyacrylate as a binder, 0.12 parts by weight of carboxymethylcellulose (CMC) and a dispersion of polytetrafluoroethylene (specific gravity 1.5,
(A solid content of 60% by weight) and 1.0 part by weight of a carbon black as a conductive material were added thereto, and mixed with 30 parts by weight of water to prepare a paste. This paste was filled into foamed nickel having a porosity of 95%, dried at 125 ° C., press-molded to 0.30 mm, and then cut into a width of 60 mm and a length of 168 mm to obtain a negative electrode.

【0044】<正極の作製>水酸化ニッケル粉末90重
量部および一酸化コバルト粉末10重量部からなる混合
粉体に、カルボキシメチルセルロース(CMC)0.3
重量部並びにポリテトラフルオロエチレンのディスパー
ジョン(比重1.5、固形分60重量%)を固形分換算
で0.5重量部を添加し、純水45重量部と共に混合す
ることによりペーストを調製した。つづいて、このペー
ストを発泡基板に充填し、乾燥した後、ローラプレスで
圧延し、裁断することにより幅60mm、長さ135m
m、厚さ0.75mmの正極を作製した。
<Preparation of Positive Electrode> A mixed powder comprising 90 parts by weight of nickel hydroxide powder and 10 parts by weight of cobalt monoxide powder was mixed with 0.3 parts of carboxymethyl cellulose (CMC).
A paste was prepared by adding 0.5 parts by weight of a dispersion of polytetrafluoroethylene (specific gravity: 1.5, solid content: 60% by weight) in terms of solid content and mixing with 45 parts by weight of pure water. . Subsequently, this paste was filled in a foam substrate, dried, then rolled by a roller press, and cut to obtain a width of 60 mm and a length of 135 m.
m, and a positive electrode having a thickness of 0.75 mm was prepared.

【0045】次いで、前記各負極と前記正極との間にポ
リプロピレン製不織布に親水処理を施したものからなる
セパレータを介装し、渦巻状に捲回して電極群を作製し
た。この電極群を有底円筒状容器に収納した後、比重
1.31の水酸化カリウム水溶液からなるアルカリ電解
液を3.9cc収容し、封口等を行うことにより図1に
示す構造を有し、容量が4200mAhで、4/3Aサ
イズの円筒形ニッケル水素二次電池を組み立てた。
Next, a separator made of a nonwoven fabric made of polypropylene and subjected to a hydrophilic treatment was interposed between each of the negative electrode and the positive electrode, and spirally wound to form an electrode group. After storing this electrode group in a cylindrical container having a bottom, 3.9 cc of an alkaline electrolyte comprising an aqueous solution of potassium hydroxide having a specific gravity of 1.31 is accommodated, and the structure shown in FIG. A 4/3 A size cylindrical nickel-metal hydride secondary battery having a capacity of 4200 mAh was assembled.

【0046】すなわち、有底円筒状の容器1内には、正
極2とセパレータ3と負極4とを積層してスパイラル状
に捲回することにより作製された電極群5が収納されて
いる。前記負極4は、前記電極群5の最外周に配置され
て前記容器1と電気的に接触している。アルカリ電解液
は、前記容器1内に収容されている。中央に孔6を有す
る円形の第1の封口板7は、前記容器1の上部開口部に
配置されている。リング状の絶縁性ガスケット8は、前
記封口板7の周縁と前記容器1の上部開口部内面の間に
配置され、前記上部開口部を内側に縮径するカシメ加工
により前記容器1に前記封口板7を前記ガスケット8を
介して気密に固定している。正極リード9は、一端が前
記正極2に接続、他端が前記封口板7の下面に接続され
ている。帽子形状をなす正極端子10は、前記封口板7
上に前記孔6を覆うように取り付けられている。ゴム製
の安全弁11は、前記封口板7と前記正極端子10で囲
まれた空間内に前記孔6を塞ぐように配置されている。
中央に穴を有する絶縁材料からなる円形の押え板12
は、前記正極端子10上に前記正極端子10の突起部が
その押え板12の前記穴から突出されるように配置され
ている。外装チューブ13は、前記押え板12の周縁、
前記容器1の側面及び前記容器1の底部周縁を被覆して
いる。
That is, an electrode group 5 produced by stacking the positive electrode 2, the separator 3, and the negative electrode 4 and winding them in a spiral shape is accommodated in the bottomed cylindrical container 1. The negative electrode 4 is arranged at the outermost periphery of the electrode group 5 and is in electrical contact with the container 1. The alkaline electrolyte is contained in the container 1. A circular first sealing plate 7 having a hole 6 in the center is arranged at the upper opening of the container 1. The ring-shaped insulating gasket 8 is disposed between the peripheral edge of the sealing plate 7 and the inner surface of the upper opening of the container 1, and the sealing plate is attached to the container 1 by caulking to reduce the diameter of the upper opening inward. 7 is hermetically fixed via the gasket 8. One end of the positive electrode lead 9 is connected to the positive electrode 2, and the other end is connected to the lower surface of the sealing plate 7. The positive electrode terminal 10 having a hat shape is provided with the sealing plate 7.
It is attached so as to cover the hole 6 above. A rubber safety valve 11 is disposed so as to close the hole 6 in a space surrounded by the sealing plate 7 and the positive electrode terminal 10.
Circular holding plate 12 made of an insulating material having a hole in the center
Are arranged on the positive electrode terminal 10 such that the projections of the positive electrode terminal 10 protrude from the holes of the holding plate 12. The outer tube 13 is provided on the periphery of the holding plate 12,
The side surface of the container 1 and the periphery of the bottom of the container 1 are covered.

【0047】得られた実施例1〜3および比較例1〜6
の二次電池について、所定の初充放電を施した。ひきつ
づき、25℃、10時間率で13時間充電した後、25
℃、5時間率で終止電圧1.0Vまで放電し、放電容量
を測定し、その結果を下記表1に示す。次いで、10時
間率で13時間充電した後、25℃、5時間率で終止電
圧1.0Vまで放電する条件を繰り返し、サイクル寿命
を測定し、その結果と、1サイクル目の放電容量(初期
容量)並びに最大放電容量を下記表1に示す。但し、サ
イクル寿命は、電池容量が初期容量の80%に達するま
でのサイクル数とした。
The obtained Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6
Of the secondary battery was subjected to predetermined initial charge and discharge. After charging at 25 ° C for 13 hours at a 10-hour rate,
The battery was discharged at a rate of 5 ° C. to a final voltage of 1.0 V, and the discharge capacity was measured. The results are shown in Table 1 below. Next, the battery was charged at a rate of 10 hours for 13 hours and then discharged at 25 ° C. at a rate of 5 hours to a final voltage of 1.0 V. The cycle life was measured, and the results were compared with the discharge capacity at the first cycle (initial capacity). ) And the maximum discharge capacity are shown in Table 1 below. However, the cycle life was the number of cycles until the battery capacity reached 80% of the initial capacity.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】表1から明らかなように、前記一般式
(1)で表される組成を有する平均粒径が45〜70μ
mの水素吸蔵合金粉末Aと前記一般式(1)で表される
組成を有する平均粒径が10〜40μmの水素吸蔵合金
粉末Bとを含むと共に、前記粉末Bに対する前記粉末A
の混合比が1以上で、かつ前記粉末Aと前記粉末Bから
なる混合粉末のタップ密度が4.0g/cc以上である
負極を備えた実施例1〜3の二次電池は、初期容量及び
最大放電容量が高く、かつサイクル寿命が長いことがわ
かる。
As is apparent from Table 1, the average particle size having the composition represented by the above general formula (1) is 45 to 70 μm.
m of the hydrogen storage alloy powder A and the hydrogen storage alloy powder B having a composition represented by the general formula (1) and having an average particle diameter of 10 to 40 μm, and the powder A with respect to the powder B
The secondary batteries of Examples 1 to 3 provided with negative electrodes having a mixing ratio of 1 or more and a tap density of a mixed powder composed of the powder A and the powder B of 4.0 g / cc or more, It can be seen that the maximum discharge capacity is high and the cycle life is long.

【0050】これに対し、粉末Aの平均粒径が70μm
を超えていると共に、粉末Bの平均粒径が10μm未満
で、かつタップ密度が4.0g/cc未満である負極を
備えた比較例1の二次電池は、初期容量が低く、サイク
ル寿命が短いことがわかる。また、粉末Bの平均粒径が
40μmを超え、かつタップ密度が4.0g/cc未満
である負極を備えた比較例2の二次電池は、サイクル寿
命が長いものの、初期容量が低いことがわかる。一方、
粉末Aの平均粒径が45μm未満である負極を備えた比
較例3の二次電池は、初期容量を高くできるものの、サ
イクル寿命が短くなることがわかる。さらに、粉末Aの
平均粒径が70μmを超える負極を備えた比較例4の二
次電池は、サイクル寿命が長いものの、初期容量が低い
ことがわかる。また、粉末Bの配合量が粉末Aに比べて
多い負極を備えた比較例5,6の二次電池は、初期容量
を高くできるものの、サイクル寿命が短くなることがわ
かる。
On the other hand, the average particle size of the powder A was 70 μm.
In addition, the secondary battery of Comparative Example 1 including the negative electrode in which the average particle diameter of the powder B is less than 10 μm and the tap density is less than 4.0 g / cc has a low initial capacity and a low cycle life. It turns out that it is short. Further, the secondary battery of Comparative Example 2 including the negative electrode in which the average particle diameter of the powder B exceeds 40 μm and the tap density is less than 4.0 g / cc has a long cycle life but a low initial capacity. Understand. on the other hand,
It can be seen that the secondary battery of Comparative Example 3 including the negative electrode in which the average particle size of the powder A is less than 45 μm can increase the initial capacity but shortens the cycle life. Further, it can be seen that the secondary battery of Comparative Example 4 including the negative electrode having an average particle diameter of powder A exceeding 70 μm has a long cycle life but a low initial capacity. In addition, it can be seen that the secondary batteries of Comparative Examples 5 and 6 including the negative electrodes in which the blending amount of the powder B is larger than that of the powder A can increase the initial capacity but shorten the cycle life.

【0051】なお、前述した実施例においては、組成が
La0.7Mg0.3(Ni0.9Co0.1 3.0である水素吸蔵
合金を例にして説明したが、前記一般式(1)で表され
る組成を有する水素吸蔵合金であれば前述した実施例と
同様な効果を得られることを確認した。
In the above-described embodiment, the composition is
La0.7Mg0.3(Ni0.9Co0.1) 3.0Is hydrogen storage
Although the description has been made by taking the alloy as an example,
In the case of a hydrogen storage alloy having the following composition,
It was confirmed that a similar effect could be obtained.

【0052】また、前述した実施例では正極と負極の間
にセパレータを介在して渦巻状に捲回し、有底円筒状の
容器内に収納したが、本発明のアルカリ二次電池はこの
ような構造に限定されない。例えば、正極と負極との間
にセパレータを介在し、これを複数枚積層した積層物を
有底矩形筒状の容器内に収納して角形アルカリ二次電池
にも同様に適用できる。
In the above-described embodiment, the separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode and spirally wound and housed in a cylindrical container having a bottom. However, the alkaline secondary battery of the present invention has such a structure. It is not limited to the structure. For example, the present invention can be similarly applied to a prismatic alkaline secondary battery in which a separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and a laminate of a plurality of such layers is housed in a bottomed rectangular cylindrical container.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、初
期活性に優れ、高容量で、かつ長寿命なアルカリ二次電
池を提供することができる。
As described above, according to the present invention, an alkaline secondary battery having excellent initial activity, high capacity, and long life can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1のニッケル水素二次電池を示す部分切
欠斜視図。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a nickel-metal hydride secondary battery of Example 1. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…容器、 2…正極、 3…セパレータ、 4…負極、 5…電極群、 7…封口板、 8…絶縁ガスケット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Container, 2 ... Positive electrode, 3 ... Separator, 4 ... Negative electrode, 5 ... Electrode group, 7 ... Sealing plate, 8 ... Insulating gasket.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入江 周一郎 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東芝 電池株式会社内 (72)発明者 武野 和太 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東芝 電池株式会社内 Fターム(参考) 5H028 AA01 CC12 EE01 HH01 HH03 HH05 5H050 AA07 AA08 BA14 CA03 CB17 EA23 EA24 FA17 HA02 HA05 HA08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shuichiro Irie 3-4-10 Minamishinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Toshiba Battery Corporation (72) Inventor Kazuta Takeno 3-4-1-10 Minamishinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo No. Toshiba Battery Corporation F-term (reference) 5H028 AA01 CC12 EE01 HH01 HH03 HH05 5H050 AA07 AA08 BA14 CA03 CB17 EA23 EA24 FA17 HA02 HA05 HA08

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記一般式(1)で表される組成を有
し、かつ平均粒径が45〜70μmの水素吸蔵合金粉末
Aと下記一般式(1)で表される組成を有し、かつ平均
粒径が10〜40μmの水素吸蔵合金粉末Bとを含む負
極を備え、 前記粉末Bの配合比を1とした際の前記粉末Aの配合比
が1以上で、かつ前記粉末Aと前記粉末Bからなる混合
粉末のタップ密度が4.0g/cc以上であることを特
徴とするアルカリ二次電池。 Ln1-xMgx(Ni1-yyz …(1) 但し、Lnはランタノイド元素、Ca、Sr、Y、T
i、ZrおよびHfから選ばれる少なくとも1種類の元
素で、TはLi、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Mn、
Fe、Co、Al、Ga、Zn、Sn、In、Cu、S
i、P及びBから選ばれる少なくとも1種類の元素で、
原子比x、y及びzは0<x<1、0≦y≦0.5、
2.5≦z≦4.5を示す。
1. A hydrogen storage alloy powder A having a composition represented by the following general formula (1) and having an average particle size of 45 to 70 μm, and a composition represented by the following general formula (1), And a negative electrode containing a hydrogen storage alloy powder B having an average particle size of 10 to 40 μm, wherein the mixing ratio of the powder A is 1 or more when the mixing ratio of the powder B is 1, and the powder A and the powder An alkaline secondary battery, wherein the mixed powder composed of the powder B has a tap density of 4.0 g / cc or more. Ln 1-x Mg x (Ni 1-y T y ) z (1) where Ln is a lanthanoid element, Ca, Sr, Y, T
i is at least one element selected from Zr and Hf, and T is Li, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Mn,
Fe, Co, Al, Ga, Zn, Sn, In, Cu, S
i, at least one element selected from P and B,
The atomic ratios x, y and z are 0 <x <1, 0 ≦ y ≦ 0.5,
2.5 ≦ z ≦ 4.5.
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