JP2011021262A - Hydrogen storage alloy and nickel-hydrogen storage battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen storage alloy which can make the cycle properties of a nickel hydrogen storage battery excellent. <P>SOLUTION: The hydrogen storage alloy has a chemical composition expressed by general formula La<SB>v</SB>Sm<SB>w</SB>M1<SB>x</SB>M2<SB>y</SB>M3<SB>z</SB>; wherein, M1 denotes an element(s) of Pr and/or Nd; M2 denotes an element(s) at least including Mg in Mg and Ca; M3 is the one in which Ni or a part of Ni is substituted with one or more kinds of elements selected from the group consisting of the group 6A elements, the group 7A elements, the group 8A elements (excluding Ni and Pd), the group IB elements, the group 2B elements and the group 3B elements; and v, w, x, y and z satisfy inequality; 3.2≤z/(v+w+x+y)≤3.7, inequality; 0.60≤v(v+w+x)≤0.85, and inequality; 0.01≤w/(v+w+x)≤0.06. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素吸蔵合金及び該水素吸蔵合金を含有する負極を備えたニッケル水素蓄電池に関する。   The present invention relates to a hydrogen storage alloy and a nickel-metal hydride storage battery including a negative electrode containing the hydrogen storage alloy.

ニッケル水素蓄電池は、高エネルギー密度を有することから、デジタルカメラ、ノート型パソコン等の小型電子機器類の電源として、また、作動電圧がアルカリマンガン電池等の一次電池と同等で互換性があることから、該一次電池の代替として、広く利用されており、その需要は飛躍的に拡大している。   Nickel metal hydride storage batteries have high energy density, so they are used as power sources for small electronic devices such as digital cameras and notebook computers, and because the operating voltage is equivalent to and compatible with primary batteries such as alkaline manganese batteries. As a substitute for the primary battery, the battery is widely used, and the demand for the battery is expanding dramatically.

この種のニッケル水素蓄電池は、通常、水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質を含んでなるニッケル電極、水素吸蔵合金を主材料とする負極、セパレータ、及びアルカリ電解液を備えて構成されている。これらの電池構成材料のうち、特に、負極の主材料となる水素吸蔵合金は、放電容量やエネルギー密度といったニッケル水素蓄電池の性能に大きな影響を及ぼすものであり、該水素吸蔵合金としては、従来、種々のものが検討されている。   This type of nickel metal hydride storage battery is usually configured to include a nickel electrode including a positive electrode active material mainly composed of nickel hydroxide, a negative electrode mainly composed of a hydrogen storage alloy, a separator, and an alkaline electrolyte. Yes. Among these battery constituent materials, in particular, the hydrogen storage alloy that is the main material of the negative electrode has a great influence on the performance of the nickel-metal hydride storage battery such as discharge capacity and energy density. As the hydrogen storage alloy, Various things are being studied.

近年、AB5系希土類−Ni系の水素吸蔵合金を用いた場合の放電容量を上回る放電容量を示し、しかも充放電の繰り返しに伴う電池容量の低下を抑制し得る(サイクル特性に優れる)合金として、希土類元素、Mg、およびNiを含んでいる希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金が注目されており、例えば、希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金にさらにAl、Mn、Zn等を配合してなる水素吸蔵合金などが提案されている(特許文献1)。 In recent years, as an alloy that exhibits a discharge capacity that exceeds the discharge capacity in the case of using an AB 5 rare earth-Ni-based hydrogen storage alloy and that can suppress a decrease in battery capacity due to repeated charge and discharge (excellent cycle characteristics). Rare earth-Mg-Ni hydrogen storage alloys containing rare earth elements, Mg, and Ni are attracting attention. For example, rare earth-Mg-Ni hydrogen storage alloys are further blended with Al, Mn, Zn, etc. A hydrogen storage alloy is proposed (Patent Document 1).

特開2007−169724号公報JP 2007-169724 A

斯かる希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金においては、例えば、その水素吸蔵合金を含む負極を備えたニッケル水素蓄電池のサイクル特性を上げるべく、水素吸蔵合金にさらに加える金属の種類や量を調整することなどがおこなわれている。しかしながら、斯かる希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金は、未だサイクル特性を必ずしも満足させるものではない。   In such rare earth-Mg-Ni-based hydrogen storage alloys, for example, the type and amount of metal added to the hydrogen storage alloy are adjusted in order to improve the cycle characteristics of a nickel-metal hydride storage battery equipped with a negative electrode containing the hydrogen storage alloy. There is something to do. However, such rare earth-Mg-Ni-based hydrogen storage alloys still do not always satisfy the cycle characteristics.

そこで、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性を優れたものとし得る水素吸蔵合金が要望されている。   Therefore, a hydrogen storage alloy that can improve the cycle characteristics of a nickel metal hydride storage battery is desired.

本発明は、上記の問題点、要望点等に鑑み、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性を優れたものとし得る水素吸蔵合金を提供することを課題とする。また、該水素貯蔵合金を含む負極を備えサイクル特性に優れたニッケル水素蓄電池を提供することを課題とする。   This invention makes it a subject to provide the hydrogen storage alloy which can make the cycling characteristics of a nickel hydride storage battery excellent in view of said problem, a request point, etc. Another object of the present invention is to provide a nickel metal hydride storage battery having a negative electrode containing the hydrogen storage alloy and having excellent cycle characteristics.

上記課題を解決すべく、本発明に係る水素吸蔵合金は、化学組成が、一般式 LavSmwM1xM2yM3zで表される水素吸蔵合金であって、
M1がPr及び/又はNdの元素であり、M2がMg及びCaのうち少なくともMgを含む元素であり、M3がNi又はNiの一部を6A族元素、7A族元素、8族元素(Ni及びPdを除く)、1B族元素、2B族元素、及び3B族元素からなる群より選択された1種又は2種以上の元素で置換したものであり、v、w、x、y及びzが、下記式(1)、式(2)及び式(3)
3.2≦z/(v+w+x+y)≦3.7 式(1)
0.60≦v/(v+w+x)≦0.85 式(2)
0.01≦w/(v+w+x)≦0.06 式(3)
を満たすことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the hydrogen-absorbing alloy according to the present invention, the chemical composition, a hydrogen storage alloy represented by the general formula La v Sm w M1 x M2 y M3 z,
M1 is an element of Pr and / or Nd, M2 is an element containing at least Mg among Mg and Ca, M3 is a part of Ni or Ni, a group 6A element, a group 7A element, a group 8 element (Ni and (Except Pd), which is substituted with one or more elements selected from the group consisting of Group 1B elements, Group 2B elements, and Group 3B elements, and v, w, x, y and z are The following formula (1), formula (2) and formula (3)
3.2 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 3.7 Formula (1)
0.60 ≦ v / (v + w + x) ≦ 0.85 Formula (2)
0.01 ≦ w / (v + w + x) ≦ 0.06 Formula (3)
It is characterized by satisfying.

本発明に係る水素吸蔵合金は、M2がMgであり、v、w、x、y及びzが、下記式(4)及び式(5)
3.5≦z/(v+w+x+y)≦3.7 式(4)
0.71≦v/(v+w+x)≦0.83 式(5)
を満たすことが好ましい。斯かる構成により、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性をより優れたものにし得るという利点がある。
In the hydrogen storage alloy according to the present invention, M2 is Mg, and v, w, x, y, and z are the following formulas (4) and (5).
3.5 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 3.7 Formula (4)
0.71 ≦ v / (v + w + x) ≦ 0.83 Formula (5)
It is preferable to satisfy. With such a configuration, there is an advantage that the cycle characteristics of the nickel-metal hydride storage battery can be further improved.

本発明に係る水素吸蔵合金は、M3がNi又はNiの一部をAl、Mn、Co、Cu、Fe、Cr及びZnからなる群より選択された1種又は2種以上の元素で置換したものであり、La、Sm及びM1を合計で17.3原子%以上19.2原子%以下含み、M2を3.0原子%以上3.9原子%以下含み、M3を77.8原子%以上78.7原子%以下含むことが好ましい。斯かる構成により、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性をより優れたものにし得るという利点がある。   In the hydrogen storage alloy according to the present invention, M3 is obtained by replacing Ni or a part of Ni with one or more elements selected from the group consisting of Al, Mn, Co, Cu, Fe, Cr and Zn. Including La, Sm and M1 in total from 17.3 atomic% to 19.2 atomic%, M2 from 3.0 atomic% to 3.9 atomic%, and M3 from 77.8 atomic% to 78 It is preferable to contain 7 atomic% or less. With such a configuration, there is an advantage that the cycle characteristics of the nickel-metal hydride storage battery can be further improved.

本発明に係る水素吸蔵合金は、M1が少なくともPrを含むことが好ましい。斯かる構成により、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性をより優れたものにし得るという利点がある。   In the hydrogen storage alloy according to the present invention, M1 preferably contains at least Pr. With such a configuration, there is an advantage that the cycle characteristics of the nickel-metal hydride storage battery can be further improved.

本発明に係る水素吸蔵合金は、Coが配合されていないことが好ましい。斯かる構成により、ニッケル水素蓄電池内におけるCo析出による内部短絡を抑制しつつ、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性をより優れたものにし得るという利点がある。   The hydrogen storage alloy according to the present invention preferably contains no Co. With such a configuration, there is an advantage that the cycle characteristics of the nickel-metal hydride storage battery can be further improved while suppressing an internal short circuit due to Co deposition in the nickel-metal hydride storage battery.

また、本発明に係るニッケル水素蓄電池は、前記水素吸蔵合金を含む負極を備えたことを特徴とする。   The nickel-metal hydride storage battery according to the present invention includes a negative electrode containing the hydrogen storage alloy.

なお、本明細書において、原子%とは、存在する原子の全数に対する特定の原子の数の百分率をいう。従って、例えばニッケルを1原子%含む合金は、合金の原子100個のうちニッケル原子を1個含むような比率を有するものを意味するものである。   In this specification, atomic% refers to the percentage of the number of specific atoms with respect to the total number of atoms present. Therefore, for example, an alloy containing 1 atomic% of nickel means an alloy having a ratio of including one nickel atom out of 100 atoms of the alloy.

本発明に係る水素吸蔵合金は、ニッケル水素蓄電池の負極に含有され得るものであって、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性を優れたものにし得るという効果を奏する。   The hydrogen storage alloy according to the present invention can be contained in the negative electrode of a nickel metal hydride storage battery, and has an effect that the cycle characteristics of the nickel metal hydride storage battery can be improved.

水素吸蔵合金におけるLaの含有比率とニッケル水素蓄電池のサイクル特性との関係を表す図。The figure showing the relationship between the content rate of La in a hydrogen storage alloy, and the cycling characteristics of a nickel hydride storage battery.

以下、本発明に係る水素吸蔵合金の一実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of the hydrogen storage alloy according to the present invention will be described.

本実施形態の水素吸蔵合金は、化学組成が、一般式 LavSmwM1xM2yM3zで表される水素吸蔵合金であって、
M1がPr及び/又はNdの元素であり、M2がMg及びCaのうち少なくともMgを含む元素であり、M3がNi又はNiの一部を6A族元素、7A族元素、8族元素(Ni及びPdを除く)、1B族元素、2B族元素、及び3B族元素からなる群より選択された1種又は2種以上の元素で置換したものであり、v、w、x、y及びzが、下記式(1)、式(2)及び式(3)
3.2≦z/(v+w+x+y)≦3.7 式(1)
0.60≦v/(v+w+x)≦0.85 式(2)
0.01≦w/(v+w+x)≦0.06 式(3)
を満たすものである。
なお、前記水素吸蔵合金は、前記一般式で表される合金であることは当然ながら、該一般式で規定されていない元素を、例えば、不可避の不純物として含み得るものである。
The hydrogen storage alloy of the present embodiment is a hydrogen storage alloy having a chemical composition represented by a general formula La v Sm w M1 x M2 y M3 z ,
M1 is an element of Pr and / or Nd, M2 is an element containing at least Mg among Mg and Ca, M3 is a part of Ni or Ni, a group 6A element, a group 7A element, a group 8 element (Ni and (Except Pd), which is substituted with one or more elements selected from the group consisting of Group 1B elements, Group 2B elements, and Group 3B elements, and v, w, x, y and z are The following formula (1), formula (2) and formula (3)
3.2 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 3.7 Formula (1)
0.60 ≦ v / (v + w + x) ≦ 0.85 Formula (2)
0.01 ≦ w / (v + w + x) ≦ 0.06 Formula (3)
It satisfies.
The hydrogen storage alloy is naturally an alloy represented by the above general formula, and may contain an element not defined by the general formula as an inevitable impurity, for example.

即ち、本実施形態の水素吸蔵合金においては、式(1)に示すように、いわゆるB/A比が3.2以上3.7以下であり、式(2)に示すように、希土類であるLa、Sm、Pr及びNdの合計に対するLaの割合が0.60以上0.85以下であり、式(3)に示すように、希土類であるLa、Sm、Pr及びNdの合計に対するSmの割合が0.01以上0.06以下である。このため、該水素吸蔵合金を用いたニッケル水素蓄電池のサイクル特性が優れたものとなり得る。
なお、B/A比におけるAは、La、Sm、Pr、Ndといった希土類元素、Mg、及びCaからなる群より選択される元素を表し、Bは、6A族元素、7A族元素、8族元素(Pdを除く)、1B族元素、2B族元素などの遷移金属元素及びAlからなる群より選択される元素を表すものである。
That is, in the hydrogen storage alloy of this embodiment, the so-called B / A ratio is not less than 3.2 and not more than 3.7 as shown in the formula (1), and is a rare earth as shown in the formula (2). The ratio of La to the total of La, Sm, Pr, and Nd is 0.60 or more and 0.85 or less, and the ratio of Sm to the total of La, Sm, Pr, and Nd that are rare earths as shown in Formula (3) Is 0.01 or more and 0.06 or less. For this reason, the cycle characteristics of the nickel-metal hydride storage battery using the hydrogen storage alloy can be excellent.
In the B / A ratio, A represents an element selected from the group consisting of rare earth elements such as La, Sm, Pr, and Nd, Mg, and Ca, and B represents a group 6A element, a group 7A element, and a group 8 element. It represents an element selected from the group consisting of transition metal elements such as Group 1B elements, Group 2B elements and the like and Al (excluding Pd).

詳しくは、前記水素吸蔵合金においては、前記式(1)を満たすことにより、即ち、B/A比が3.2以上3.7以下であることにより、形成される結晶相の構造が、膨張収縮によっても微粉化されにくく安定化されるものと考えられる。従って、該水素吸蔵合金を用いたニッケル水素蓄電池のサイクル特性が優れたものとなり得る。一方で、前記式(1)を満たさなくなることにより、該水素吸蔵合金を用いたニッケル水素蓄電池のサイクル特性が低下し得る。   Specifically, in the hydrogen storage alloy, when the formula (1) is satisfied, that is, when the B / A ratio is 3.2 or more and 3.7 or less, the structure of the formed crystal phase is expanded. It is thought that it is difficult to be pulverized and stabilized by shrinkage. Therefore, the cycle characteristics of the nickel metal hydride storage battery using the hydrogen storage alloy can be excellent. On the other hand, when the formula (1) is not satisfied, the cycle characteristics of the nickel hydride storage battery using the hydrogen storage alloy can be deteriorated.

また、前記水素吸蔵合金においては、前記式(2)を満たすことにより、Pr5Co19相、Ce5Co19相、Ce2Ni7相の生成割合が高まりCaCu5相の生成割合が低下し、また、膨張収縮時のa軸長の変化の差が各結晶構造間においてより小さくなるc軸積層構造を得ることができる。従って、形成される結晶相の構造が、膨張収縮によっても微粉化されにくく安定化されるものと考えられ、該水素吸蔵合金を用いたニッケル水素蓄電池のサイクル特性が優れたものとなり得る。一方で、前記式(2)を満たさなくなることにより、該水素吸蔵合金を用いたニッケル水素蓄電池のサイクル特性が低下し得る。
なお、水素吸蔵合金において形成される結晶相の構造と膨張収縮による合金の微粉化との関係については、後述する。
Further, in the hydrogen storage alloy, when the formula (2) is satisfied, the generation ratio of the Pr 5 Co 19 phase, the Ce 5 Co 19 phase, and the Ce 2 Ni 7 phase increases and the generation ratio of the CaCu 5 phase decreases. In addition, a c-axis stacked structure in which the difference in change in the a-axis length during expansion and contraction is smaller between the crystal structures can be obtained. Therefore, it is considered that the structure of the formed crystal phase is hardly pulverized and stabilized even by expansion and contraction, and the cycle characteristics of the nickel-metal hydride storage battery using the hydrogen storage alloy can be improved. On the other hand, when the formula (2) is not satisfied, the cycle characteristics of the nickel hydride storage battery using the hydrogen storage alloy can be deteriorated.
The relationship between the structure of the crystal phase formed in the hydrogen storage alloy and the pulverization of the alloy due to expansion and contraction will be described later.

また、前記水素吸蔵合金においては、前記式(3)を満たすことにより、即ち、希土類であるLa、Sm、Pr及びNdの合計に対するSmの割合が0.01以上であることにより、水素吸蔵合金の酸素ガス吸収性能が比較的高いものとなり、以下に述べる作用によりニッケル水素蓄電池のサイクル特性が優れたものになり得る。また、斯かる割合が0.06以下であることにより、形成される結晶相の構造が、膨張収縮によっても微粉化しにくくなり、サイクル特性が優れたものになり得る。   Further, in the hydrogen storage alloy, by satisfying the formula (3), that is, the ratio of Sm to the total of La, Sm, Pr and Nd which are rare earths is 0.01 or more, the hydrogen storage alloy Therefore, the cycle characteristics of the nickel-metal hydride storage battery can be improved by the action described below. Moreover, when such a ratio is 0.06 or less, the structure of the formed crystal phase becomes difficult to be pulverized even by expansion and contraction, and the cycle characteristics can be excellent.

水素吸蔵合金の酸素ガス吸収性能とニッケル水素蓄電池のサイクル特性との関係について説明する。
水素吸蔵合金を含有する負極を備えたニッケル水素蓄電池においては、過充電すると正極において酸素が発生する。この酸素はセパレータを通過して負極に到達し、通常、水素吸蔵合金の内部に吸蔵されている水素と反応して水となる。しかしながら、水素吸蔵合金の酸素ガス吸収速度を超える比較的大きい電流で充電した場合等においては、負極での酸素ガスと水素との反応が速やかに進行せず、電池内圧が上昇する。電池内圧が所定の圧力に達したときに電池内部のガスを外部に放出させるべく、密閉型電池には安全弁が設けられている。ところが、この安全弁からのガスの放出時に電解液の一部も同時に外部に放出されるため、電解液が減少し、セパレータ中の電解液が枯渇することにより、電池の内部抵抗が上昇し、電池のサイクル寿命が短くなり、サイクル特性が低下し得る。
従って、希土類であるLa、Sm、Pr及びNdの合計に対するSmの割合が0.01以上であることにより、水素吸蔵合金の酸素ガス吸収性能が高まると、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性が優れたものとなり得る。
The relationship between the oxygen gas absorption performance of the hydrogen storage alloy and the cycle characteristics of the nickel metal hydride storage battery will be described.
In a nickel metal hydride storage battery equipped with a negative electrode containing a hydrogen storage alloy, oxygen is generated at the positive electrode when overcharged. The oxygen passes through the separator and reaches the negative electrode, and normally reacts with hydrogen stored in the hydrogen storage alloy to become water. However, when the battery is charged with a relatively large current exceeding the oxygen gas absorption rate of the hydrogen storage alloy, the reaction between oxygen gas and hydrogen at the negative electrode does not proceed rapidly, and the battery internal pressure increases. In order to release the gas inside the battery to the outside when the battery internal pressure reaches a predetermined pressure, the sealed battery is provided with a safety valve. However, when the gas is released from the safety valve, a part of the electrolyte is also released to the outside at the same time, so that the electrolyte is reduced and the electrolyte in the separator is depleted, thereby increasing the internal resistance of the battery. , The cycle life may be shortened and the cycle characteristics may deteriorate.
Therefore, when the oxygen gas absorption performance of the hydrogen storage alloy is enhanced by the ratio of Sm to the total of the rare earths La, Sm, Pr and Nd being 0.01 or more, the cycle characteristics of the nickel metal hydride storage battery are excellent. Can be.

前記水素吸蔵合金においては、上述したように、一般式 LavSmwM1xM2yM3zで表される化学組成において、式(1)〜式(3)を同時に満たすことにより、微粉化が抑制されると同時に酸素ガス吸収性能も比較的高く保たれ、ニッケル水素蓄電池においてサイクル特性に優れたものとなり得る。 In the hydrogen storage alloy, as described above, in the chemical composition expressed by the general formula La v Sm w M1 x M2 y M3 z, by satisfying expressions (1) to (3) simultaneously, micronized is At the same time, the oxygen gas absorption performance is kept relatively high, and the nickel-metal hydride battery can have excellent cycle characteristics.

ここで、前記水素吸蔵合金において形成される結晶相の構造と膨張収縮による微粉化との関係について以下に説明する。   Here, the relationship between the structure of the crystal phase formed in the hydrogen storage alloy and pulverization by expansion and contraction will be described below.

前記水素吸蔵合金は、互いに異なる結晶構造を有する2以上の結晶相を備えた希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金であり、好ましくは、これら2以上の結晶相が、該結晶構造のc軸方向に積層されてなる希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金である。
前記結晶相としては、菱面体晶La5MgNi24型結晶構造からなる結晶相(以下、単にLa5MgNi24相ともいう)、六方晶Pr5Co19型結晶構造からなる結晶相(以下、単にPr5Co19相ともいう)、菱面体晶Ce5Co19型結晶構造からなる結晶相(以下、単にCe5Co19相ともいう)、六方晶Ce2Ni7型の結晶構造からなる結晶相(以下、単にCe2Ni7相ともいう)、菱面体晶Gd2Co7型の結晶構造からなる結晶相(以下、単にGd2Co7相ともいう)、六方晶CaCu5型結晶構造からなる結晶相(以下、単にCaCu5相ともいう)、立方晶AuBe5型結晶構造からなる結晶相(以下、単にAuBe5相ともいう)菱面体晶PuNi3型結晶構造からなる結晶相(以下、単にPuNi3相ともいう)などを挙げることができる。
なかでも、Pr5Co19相、Ce5Co19相、及びCe2Ni7相からなる群より選択される2種以上を有する水素吸蔵合金が好適である。これらの結晶相を有する水素吸蔵合金は、各結晶相間の膨張収縮率の差が小さいために歪みが生じ難く、水素の吸蔵放出を繰り返した際の劣化(微粉化)が起こりにくいという優れた特性を有する。
The hydrogen storage alloy is a rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy having two or more crystal phases having different crystal structures, and preferably the two or more crystal phases are c-axis of the crystal structure. It is a rare earth-Mg-Ni-based hydrogen storage alloy laminated in the direction.
Examples of the crystal phase include a crystal phase composed of a rhombohedral La 5 MgNi 24 type crystal structure (hereinafter also simply referred to as a La 5 MgNi 24 phase), and a crystal phase composed of a hexagonal Pr 5 Co 19 type crystal structure (hereinafter simply referred to as a simple phase). Pr 5 Co 19 phase), crystal phase composed of rhombohedral Ce 5 Co 19 type crystal structure (hereinafter also simply referred to as Ce 5 Co 19 phase), crystal phase composed of hexagonal Ce 2 Ni 7 type crystal structure (Hereinafter also simply referred to as Ce 2 Ni 7 phase), crystal phase composed of rhombohedral Gd 2 Co 7 type crystal structure (hereinafter also simply referred to as Gd 2 Co 7 phase), hexagonal CaCu 5 type crystal structure Crystal phase (hereinafter also simply referred to as CaCu 5 phase), crystal phase consisting of cubic AuBe 5 type crystal structure (hereinafter also simply referred to as AuBe 5 phase) crystal phase consisting of rhombohedral PuNi 3 type crystal structure (hereinafter simply referred to as simply “AuBe 5 phase”) PuNi 3-phase also called), and the like ani Rukoto can.
Among these, a hydrogen storage alloy having two or more selected from the group consisting of a Pr 5 Co 19 phase, a Ce 5 Co 19 phase, and a Ce 2 Ni 7 phase is preferable. The hydrogen storage alloy with these crystal phases has excellent characteristics that the difference in expansion and contraction between each crystal phase is small, so that distortion is difficult to occur, and deterioration (micronization) does not easily occur when hydrogen is stored and released repeatedly. Have

なお、Pr5Co19型結晶構造とは、A24ユニット間にAB5ユニットが3ユニット分挿入された結晶構造であり、Ce5Co19型結晶構造とは、A24ユニット間にAB5ユニットが3ユニット分挿入された結晶構造であり、Ce2Ni7型の結晶構造とは、A24ユニット間にAB5ユニットが2ユニット分挿入された結晶構造であり、Gd2Co7型の結晶構造とは、A24ユニット間にAB5ユニットが2ユニット分挿入された結晶構造であり、La5MgNi24型結晶構造とは、A24ユニット間にAB5ユニットが4ユニット分挿入された結晶構造であり、AuBe5型結晶構造とは、A24ユニットのみで構成された結晶構造である。 The Pr 5 Co 19 type crystal structure is a crystal structure in which three AB 5 units are inserted between A 2 B 4 units, and the Ce 5 Co 19 type crystal structure is between A 2 B 4 units. Is a crystal structure in which 3 units of AB 5 units are inserted into the crystal, and the Ce 2 Ni 7 type crystal structure is a crystal structure in which 2 units of AB 5 units are inserted between A 2 B 4 units. 2 the Co 7 type crystal structure, a crystal structure AB 5 unit is inserted 2 units worth between a 2 B 4 units, the La 5 MgNi 24 type crystal structure, AB between a 2 B 4 units This is a crystal structure in which 5 units are inserted by 4 units, and the AuBe 5 type crystal structure is a crystal structure composed of only A 2 B 4 units.

また、A24ユニットとは、六方晶MgZn2型結晶構造(C14構造)又は六方晶MgCu2型結晶構造(C15構造)を持つ構造ユニットであり、AB5ユニットとは、六方晶CaCu5型結晶構造を持つ構造ユニットである。 The A 2 B 4 unit is a structural unit having a hexagonal MgZn 2 type crystal structure (C14 structure) or a hexagonal MgCu 2 type crystal structure (C15 structure), and the AB 5 unit is a hexagonal CaCu 5 unit. It is a structural unit with a type crystal structure.

前記結晶相が積層されたものである場合、各結晶相の積層順については特に限定されず、特定の結晶相の組み合わせが繰返し周期性をもって積層されたようなものであってもよく、各結晶相が無秩序に周期性なく積層されたものであってもよい。   When the crystal phases are stacked, the stacking order of the crystal phases is not particularly limited, and a combination of specific crystal phases may be stacked with repetition periodicity. The phase may be laminated randomly and without periodicity.

前記水素吸蔵合金における各結晶相の含有量は、特に限定されるものではないが、前記Pr5Co19型結晶構造を有する結晶相の含有率は6〜60質量%、前記Ce5Co19型結晶構造を有する結晶相の含有率は5〜45質量%、前記Ce2Ni7型結晶構造を有する結晶相の含有率は22〜55質量%であることが好ましい。 The content of each crystal phase in the hydrogen storage alloy is not particularly limited, but the content of the crystal phase having the Pr 5 Co 19 type crystal structure is 6 to 60% by mass, and the Ce 5 Co 19 type. The content of the crystal phase having the crystal structure is preferably 5 to 45% by mass, and the content of the crystal phase having the Ce 2 Ni 7 type crystal structure is preferably 22 to 55% by mass.

前記水素吸蔵合金は、互いに異なる結晶構造を有する結晶相が2以上積層され、CaCu5型結晶構造を有する結晶相の含有率が5質量%以下であることが好ましい。CaCu5型結晶構造を有する結晶相の含有率が5質量%以下であることにより、微粉化が抑制されて電池のサイクル寿命性能が向上するという利点がある。 In the hydrogen storage alloy, it is preferable that two or more crystal phases having different crystal structures are laminated, and the content of the crystal phase having a CaCu 5 type crystal structure is 5% by mass or less. When the content of the crystal phase having a CaCu 5 type crystal structure is 5% by mass or less, there is an advantage that the pulverization is suppressed and the cycle life performance of the battery is improved.

前記結晶相は、例えば、粉砕した合金粉末についてX線回折測定を行い、得られたX線回折パターンをリートベルト法により解析することによって結晶構造を特定することができる。   The crystal phase can be identified by, for example, performing X-ray diffraction measurement on the pulverized alloy powder and analyzing the obtained X-ray diffraction pattern by the Rietveld method.

前記結晶相の積層構造については、例えば、TEMによって合金の格子像を観察することにより、互いに異なる結晶構造を有する2以上の結晶相が、該結晶構造のc軸方向に積層されていることを確認することができる。   Regarding the laminated structure of the crystal phase, for example, by observing the lattice image of the alloy by TEM, two or more crystal phases having different crystal structures are laminated in the c-axis direction of the crystal structure. Can be confirmed.

前記水素吸蔵合金が、互いに異なる結晶構造を有する2以上の結晶相を該結晶構造のc軸方向に積層したものである場合、充電によって水素を吸蔵した際の結晶相の歪みが、隣接する他の結晶相によって緩和されることとなる。従って、該水素吸蔵合金を含んでなる負極は、充放電によって水素の吸蔵及び放出を繰り返しても合金の微粉化が生じにくく、劣化が抑制され、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性が優れたものになり得るという利点がある。
また、該水素吸蔵合金は比較的高容量を持つ希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金であることから、比較的少ない使用量で電池における所望の容量を達成し得る。そして、その使用量が少なくなった分だけ、限られた電池スペースにおける正極活物質の使用量を増加できることから、ニッケル水素蓄電池の放電容量を比較的大きくできるという作用も有する。
When the hydrogen storage alloy is formed by laminating two or more crystal phases having different crystal structures in the c-axis direction of the crystal structure, the distortion of the crystal phase when hydrogen is stored by charging may be The crystal phase is relaxed. Therefore, the negative electrode comprising the hydrogen storage alloy is less prone to pulverization of the alloy even when the hydrogen is repeatedly stored and released by charging and discharging, the deterioration is suppressed, and the cycle characteristics of the nickel hydrogen storage battery are excellent. There is an advantage of getting.
Further, since the hydrogen storage alloy is a rare earth-Mg—Ni based hydrogen storage alloy having a relatively high capacity, a desired capacity in the battery can be achieved with a relatively small amount of use. And since the usage-amount of the positive electrode active material in a limited battery space can be increased by the part which the usage-amount decreased, it also has the effect | action that the discharge capacity of a nickel-metal hydride storage battery can be made comparatively large.

前記水素吸蔵合金の組成は、一般式 LavSmwM1xM2yM3zで表される化学組成において、M2がMgであり、v、w、x、y及びzが、下記式(4)及び式(5)
3.5≦z/(v+w+x+y)≦3.7 式(4)
0.71≦v/(v+w+x)≦0.83 式(5)
を満たすことが好ましい。
斯かる構成により、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性をより優れたものにできるという利点がある。
The composition of the hydrogen storage alloy in the chemical composition expressed by the general formula La v Sm w M1 x M2 y M3 z, M2 is Mg, v, w, x, y and z satisfy the following formula (4) And formula (5)
3.5 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 3.7 Formula (4)
0.71 ≦ v / (v + w + x) ≦ 0.83 Formula (5)
It is preferable to satisfy.
With such a configuration, there is an advantage that the cycle characteristics of the nickel metal hydride storage battery can be further improved.

前記水素吸蔵合金は、M3がNi又はNiの一部をAl、Mn、Co、Cu、Fe、Cr及びZnからなる群より選択された1種又は2種以上の元素で置換したものであり、La、Sm及びM1を合計で17.3原子%以上19.2原子%以下含み、M2を3.0原子%以上3.9原子%以下含み、M3を77.8原子%以上78.7原子%以下含むことが好ましい。斯かる構成により、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性をより優れたものにできるという利点がある。
また、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性をさらに優れたものにできるという点で、M2がAlとNiとを含むことが好ましい。
In the hydrogen storage alloy, M3 is obtained by substituting Ni or a part of Ni with one or more elements selected from the group consisting of Al, Mn, Co, Cu, Fe, Cr and Zn, La, Sm, and M1 are included in total from 17.3 atomic% to 19.2 atomic%, M2 is included from 3.0 atomic% to 3.9 atomic%, and M3 is included from 77.8 atomic% to 78.7 atomic%. % Or less is preferable. With such a configuration, there is an advantage that the cycle characteristics of the nickel metal hydride storage battery can be further improved.
Moreover, it is preferable that M2 contains Al and Ni at the point which can make the cycling characteristics of a nickel hydride storage battery further excellent.

前記水素吸蔵合金は、M1が少なくともPrを含むことが好ましい。M1が少なくともPrを含むことにより、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性をより優れたものにできるという利点がある。   In the hydrogen storage alloy, M1 preferably contains at least Pr. When M1 contains at least Pr, there is an advantage that the cycle characteristics of the nickel-metal hydride storage battery can be further improved.

前記水素吸蔵合金は、Coが配合されていないことが好ましい。詳しくは、前記水素吸蔵合金は、不純物としてCoが含まれ得ることはあっても、Coを配合せずに調製されていることが好ましい。具体的には、前記水素吸蔵合金にCoが0.2原子%以下含まれていることが好ましい。水素吸蔵合金にCoが配合されていないことにより、ニッケル水素蓄電池内におけるCo析出による内部短絡を抑制しつつ、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性をより優れたものにできるという利点がある。   The hydrogen storage alloy preferably does not contain Co. Specifically, the hydrogen storage alloy is preferably prepared without blending Co even though Co may be contained as an impurity. Specifically, it is preferable that 0.2 atomic% or less of Co is contained in the hydrogen storage alloy. Since Co is not blended in the hydrogen storage alloy, there is an advantage that the cycle characteristics of the nickel hydride storage battery can be further improved while suppressing an internal short circuit due to Co deposition in the nickel hydride storage battery.

前記水素吸蔵合金は、Caを含む場合、一般式 LavSmwM1xM2yM3zの組成で表され、M1がPr及び/又はNdの元素であり、M2がMg及びCaの元素であり、M3がNi又はNiの一部を6A族元素、7A族元素、8族元素(Ni及びPdを除く)、1B族元素、2B族元素、及び3B族元素からなる群より選択された1種又は2種以上の元素で置換したものであり、下記式(6)を満たし、La、Sm及びM1の合計が14.8原子%以上19.1原子%以下であり、M2が4.7原子%以上7.4原子%以下含まれ、M3が76.2原子%以上77.8原子%以下含まれていることが好ましい。斯かる構成によれば、水素吸蔵合金がCaを含むことに起因して比較的高容量の電池でありながら、ニッケル水素蓄電池のサイクル特性をより優れたものにできるという利点がある。
3.2≦z/(v+w+x+y)≦3.4 式(6)
なお、斯かる構成においては、Mgが3.0原子%以上6.0原子%以下含まれていることが好適である。
The hydrogen storage alloy, if containing Ca, expressed by a composition formula La v Sm w M1 x M2 y M3 z, M1 is an element of Pr and / or Nd, M2 is located at the elements of Mg and Ca M3 is Ni or a part of Ni selected from the group consisting of Group 6A elements, Group 7A elements, Group 8 elements (excluding Ni and Pd), Group 1B elements, Group 2B elements, and Group 3B elements Or it is substituted with two or more elements, satisfies the following formula (6), the total of La, Sm and M1 is 14.8 atomic% or more and 19.1 atomic% or less, and M2 is 4.7 atoms % Or more and 7.4 atom% or less, and M3 is preferably contained in 76.2 atom% or more and 77.8 atom% or less. According to such a configuration, there is an advantage that the cycle characteristics of the nickel-metal hydride storage battery can be further improved while the hydrogen storage alloy contains Ca and is a relatively high capacity battery.
3.2 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 3.4 Formula (6)
In such a configuration, it is preferable that Mg is contained in an amount of 3.0 atomic% to 6.0 atomic%.

次に、本実施形態の水素吸蔵合金の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the hydrogen storage alloy of this embodiment is demonstrated.

本実施形態の水素吸蔵合金の製造方法においては、例えば、上述のような所定の組成比となるように配合された合金原料を溶融する溶融工程と、溶融した合金原料を凝固する冷却工程と、冷却された合金を加圧状態の不活性ガス雰囲気下で860℃以上1000℃以下の温度範囲で焼鈍する焼鈍工程と、該合金を粉砕する粉砕工程とをおこなう。   In the method for producing the hydrogen storage alloy of the present embodiment, for example, a melting step of melting an alloy raw material blended so as to have a predetermined composition ratio as described above, a cooling step of solidifying the molten alloy raw material, An annealing step of annealing the cooled alloy in a pressurized inert gas atmosphere in a temperature range of 860 ° C. to 1000 ° C. and a pulverizing step of pulverizing the alloy are performed.

各工程についてより具体的に説明すると、まず、目的とする水素吸蔵合金の化学組成に基づいて、原料インゴッド(合金原料)を所定量秤量する。   More specifically, each step will be described. First, a predetermined amount of raw material ingot (alloy raw material) is weighed based on the chemical composition of the target hydrogen storage alloy.

溶融工程においては、前記合金原料をルツボに入れ、不活性ガス雰囲気中又は真空中で高周波溶融炉を用い、例えば、1200℃以上1600℃以下に加熱して合金原料を溶融させる。   In the melting step, the alloy raw material is put in a crucible and heated to, for example, 1200 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower in an inert gas atmosphere or in a vacuum to melt the alloy raw material.

冷却工程においては、溶融した合金原料を冷却して固化させる。冷却速度は、いわゆる徐冷でもよく、1000K/秒以上(急冷ともいう)でもよい。1000K/秒以上で急冷することにより、合金組成が微細化し、均質化するという効果がある。また、該冷却速度は、1000000K/秒以下の範囲に設定することができる。   In the cooling step, the molten alloy material is cooled and solidified. The cooling rate may be so-called slow cooling, or 1000 K / second or more (also referred to as rapid cooling). By rapidly cooling at 1000 K / second or more, there is an effect that the alloy composition is refined and homogenized. The cooling rate can be set in a range of 1000000 K / second or less.

該冷却方法としては、具体的には、水冷金型法、冷却速度が100000K/秒以上であるメルトスピニング法、冷却速度が10000K/秒程度であるガスアトマイズ法などを好適に用いることができる。   As the cooling method, specifically, a water-cooled mold method, a melt spinning method with a cooling rate of 100000 K / sec or more, a gas atomizing method with a cooling rate of about 10,000 K / sec, or the like can be preferably used.

焼鈍工程においては、不活性ガス雰囲気下の加圧状態において、例えば、電気炉等を用いて860℃以上1000℃以下に加熱する。加圧条件としては、0.2MPa(ゲージ圧)以上1.0MPa(ゲージ圧)以下が好ましい。また、該焼鈍工程における処理時間は、3時間以上50時間以下とすることが好ましい。   In the annealing step, heating is performed at 860 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower using, for example, an electric furnace in a pressurized state under an inert gas atmosphere. The pressurizing condition is preferably 0.2 MPa (gauge pressure) or more and 1.0 MPa (gauge pressure) or less. Moreover, it is preferable that the processing time in this annealing process shall be 3 hours or more and 50 hours or less.

前記粉砕工程は、焼鈍の前後のどちらで行ってもよいが、粉砕により表面積が大きくなるため、合金の表面酸化を防止する観点から、焼鈍工程の後に粉砕工程を実施するのが望ましい。粉砕は、合金表面の酸化防止のために不活性雰囲気中で行うことが好ましい。
粉砕手段としては、例えば、機械粉砕、水素化粉砕などが用いられ、粉砕後の水素吸蔵合金粒子の粒径が、概ね20〜70[μm]となるように行うことが好ましい。
The pulverization step may be performed either before or after annealing, but since the surface area is increased by pulverization, it is desirable to perform the pulverization step after the annealing step from the viewpoint of preventing surface oxidation of the alloy. The pulverization is preferably performed in an inert atmosphere to prevent oxidation of the alloy surface.
As the pulverization means, for example, mechanical pulverization, hydrogenation pulverization, or the like is used, and it is preferable that the hydrogen storage alloy particles after pulverization have a particle size of approximately 20 to 70 [μm].

以下、本発明に係るニッケル水素蓄電池の一実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of a nickel metal hydride storage battery according to the present invention will be described.

本実施形態のニッケル水素蓄電池は、上述の水素吸蔵合金を水素吸蔵媒体として含有する負極を備えたものである。
本実施形態のニッケル水素蓄電池は、前記水素吸蔵合金を含有する負極を備えたものであるため、サイクル特性が優れたものとなり得る。
The nickel-metal hydride storage battery of this embodiment includes a negative electrode containing the above-described hydrogen storage alloy as a hydrogen storage medium.
Since the nickel-metal hydride storage battery of this embodiment is provided with the negative electrode containing the said hydrogen storage alloy, it can become what was excellent in cycling characteristics.

本実施形態のニッケル水素蓄電池は、詳しくは、上述の水素吸蔵合金を主材料とする負極を備え、さらに例えば、水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質を含む正極(ニッケル電極)、セパレータ、及びアルカリ電解液を備えて構成されている。
前記負極としては、例えば、前記水素吸蔵合金の粉末が導電剤、結着剤、又は増粘剤等と混合され、所定形状に加圧成形されたものが挙げられる。
Specifically, the nickel metal hydride storage battery of the present embodiment includes a negative electrode mainly composed of the above-described hydrogen storage alloy, and further includes, for example, a positive electrode (nickel electrode) including a positive electrode active material mainly composed of nickel hydroxide, a separator, And an alkaline electrolyte.
Examples of the negative electrode include those in which the hydrogen storage alloy powder is mixed with a conductive agent, a binder, a thickener, or the like, and pressed into a predetermined shape.

本実施形態のニッケル水素蓄電池の正極としては、特に限定されるものではないが、一般的には、水酸化ニッケルを主成分とし且つ水酸化亜鉛や水酸化コバルトが混合されてなる水酸化ニッケル複合酸化物を正極活物質として含む正極が挙げられ、好ましくは、共沈法によって均一分散した該水酸化ニッケル複合酸化物を含む正極が挙げられる。
水酸化ニッケル複合酸化物以外の添加物としては、導電改質剤としての水酸化コバルト、酸化コバルト等を用いることができ、また、前記水酸化ニッケル複合酸化物に水酸化コバルトをコートしたものや、これらの水酸化ニッケル複合酸化物の一部を酸素又は酸素含有気体、又は、K228、次亜塩素酸などの薬剤を用いて酸化したものが挙げられる。
また、添加剤としては、酸素過電圧を向上させる物質として、Y、Yb等の希土類元素の化合物や、Ca化合物が例示される。Y、Yb等の希土類元素は、その一部が溶解して、負極表面に配置されるため、負極活物質の腐食を抑制する効果も期待できる。なお、前記正極には、上述したような主要構成成分の他に、導電剤、結着剤、増粘剤等が、他の構成成分として含有されていてもよい。
Although it does not specifically limit as a positive electrode of the nickel hydride storage battery of this embodiment, In general, the nickel hydroxide composite which has nickel hydroxide as a main component and zinc hydroxide and cobalt hydroxide are mixed. The positive electrode containing an oxide as a positive electrode active material is mentioned, Preferably, the positive electrode containing this nickel hydroxide complex oxide uniformly disperse | distributed by the coprecipitation method is mentioned.
As additives other than the nickel hydroxide composite oxide, cobalt hydroxide, cobalt oxide and the like as a conductive modifier can be used, and the nickel hydroxide composite oxide is coated with cobalt hydroxide. And those obtained by oxidizing a part of these nickel hydroxide composite oxides using an oxygen or oxygen-containing gas, or a chemical such as K 2 S 2 O 8 or hypochlorous acid.
Examples of the additive include compounds of rare earth elements such as Y and Yb, and Ca compounds as substances that improve oxygen overvoltage. Since some of rare earth elements such as Y and Yb are dissolved and disposed on the negative electrode surface, an effect of suppressing corrosion of the negative electrode active material can be expected. The positive electrode may contain a conductive agent, a binder, a thickener, and the like as other components in addition to the main components as described above.

導電剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば限定されないが、通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等)、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカー、炭素繊維、気相成長炭素、金属(ニッケル、金等)粉、金属繊維等の導電性材料の1種単独物又は2種以上を混合したものが挙げられる。
これらを混合する方法としては、できる限り均一な状態とし得るものが好ましく、例えば、V型混合機、S型混合機、擂かい機、ボールミル、遊星ボールミルといった粉体混合機を、乾式、あるいは湿式で用いる方法を採用しうる。
前記結着剤としては、通常、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーの1種単独物又は2種以上を混合したものが挙げられる。該結着剤の添加量は、正極又は負極の総量に対して、0.1〜3質量%が好ましい。
前記増粘剤としては、通常、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、キサンタンガム等の多糖類等の1種単独物又は2種以上を混合したものが挙げられる。増粘剤の添加量は、正極又は負極の総量に対して、0.1〜0.3質量%が好ましい。
The conductive agent is not limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect battery performance. Usually, natural graphite (such as scale-like graphite, scale-like graphite, earth-like graphite), artificial graphite, carbon black, acetylene black, Examples thereof include ketjen black, carbon whisker, carbon fiber, vapor-grown carbon, metal (nickel, gold, etc.) powder, one kind of conductive material such as metal fiber, or a mixture of two or more kinds.
As a method of mixing them, a method that can be as uniform as possible is preferable. For example, a powder mixer such as a V-type mixer, an S-type mixer, a grinder, a ball mill, a planetary ball mill, or the like may be dry or wet. The method used in the above can be adopted.
As the binder, usually, thermoplastic resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluorine rubber Examples thereof include a single type of polymer having rubber elasticity such as a single type or a mixture of two or more types. The addition amount of the binder is preferably 0.1 to 3% by mass with respect to the total amount of the positive electrode or the negative electrode.
Examples of the thickener include one kind of a polysaccharide such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, and xanthan gum, or a mixture of two or more kinds. The addition amount of the thickener is preferably 0.1 to 0.3% by mass with respect to the total amount of the positive electrode or the negative electrode.

正極及び負極は、前記活物質、導電剤および結着剤を、水やアルコール、トルエン等の有機溶媒に混合した後、得られた混合液を集電体の上に塗布し、乾燥することによって好適に作製される。前記塗布方法としては、例えば、アプリケーターロールなどのローラーコーティング、スクリーンコーティング、ブレードコーティング、スピンコーティング、パーコーティング等の手段を用い、任意の厚み及び任意の形状に塗布する方法が好適であるが、これらに限定されるものではない。   The positive electrode and the negative electrode are prepared by mixing the active material, the conductive agent, and the binder in an organic solvent such as water, alcohol, and toluene, and then applying the obtained mixed liquid onto a current collector and drying it. Produced suitably. As the application method, for example, a method of applying an arbitrary thickness and an arbitrary shape using means such as roller coating such as an applicator roll, screen coating, blade coating, spin coating, and per coating is preferable. It is not limited to.

前記集電体としては、構成された電池において前記活物質との電子の授受に悪影響を及ぼさない電子伝導体が特に制限されることなく使用され得る。該集電体としては、例えば、耐還元性及び耐酸化性の観点から、ニッケルやニッケルメッキした鋼板をその材料としたものが挙げられる。該集電体の形状としては、発泡体、繊維群の成形体、凹凸加工を施した3次元基材、或いは、パンチング板等の2次元基材が挙げられる。また、該集電体の厚みについても特に限定はなく、通常、5〜700μmのものが例示される。
これらの集電体のうち、正極用としては、アルカリに対する耐食性と耐酸化性に優れたニッケルを材料とし、集電性に優れた構造である多孔体構造の発泡体としたものが好ましい。また、負極用としては、安価で、且つ導電性に優れる鉄箔に、ニッケルメッキを施した、パンチング板が好ましい。
パンチング径は2.0mm以下、開口率は40%以上であることが好ましく、これにより、少量の結着剤でも負極活物質と集電体との密着性を高めることができる。
As the current collector, an electron conductor that does not adversely affect the exchange of electrons with the active material in the battery that is configured can be used without any particular limitation. Examples of the current collector include those made of nickel or nickel-plated steel plate as a material from the viewpoint of reduction resistance and oxidation resistance. Examples of the shape of the current collector include a foam, a molded product of a fiber group, a three-dimensional base material subjected to uneven processing, or a two-dimensional base material such as a punching plate. Moreover, there is no limitation in particular also about the thickness of this electrical power collector, Usually, the thing of 5-700 micrometers is illustrated.
Among these current collectors, for the positive electrode, those made of nickel having excellent corrosion resistance and oxidation resistance to alkali and having a porous structure having a structure excellent in current collection are preferable. For the negative electrode, a punching plate obtained by nickel plating on an iron foil that is inexpensive and excellent in conductivity is preferable.
The punching diameter is preferably 2.0 mm or less, and the opening ratio is preferably 40% or more. This makes it possible to improve the adhesion between the negative electrode active material and the current collector even with a small amount of binder.

ニッケル水素蓄電池のセパレータとしては、優れたレート特性を示す多孔膜や不織布等を、単独で、あるいは2以上併用して構成されていることが好ましい。該セパレータを構成する材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂や、ナイロンを挙げることができる。
該セパレータの目付は、40g/m2から100g/m2が好ましい。40g/m2未満であると、短絡や自己放電性能が低下する虞があり、100g/m2を超えると単位体積当たりに占めるセパレータの割合が増加するため、電池容量が下がる傾向にある。該セパレータの通気度は、1cm/secから50cm/secが好ましい。1cm/sec未満であると、電池内圧が上昇する虞があり、50cm/secを超えると、短絡や自己放電性能が低下する虞がある。該セパレータの平均繊維径は、1μmから20μmが好ましい。1μm未満であるとセパレータの強度が低下し、電池組み立て工程での不良率が増加する虞があり、20μmを超えると、短絡や自己放電性能が低下する虞がある。
また、該セパレータは、親水化処理が施されていることが好ましい。該セパレータとしては、例えば、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂繊維の表面にスルフォン化処理、コロナ処理、フッ素ガス処理、プラズマ処理を施したり、これらの処理を既に施されたものを混合したものが挙げられる。特に、スルフォン化処理を施されたセパレータは、シャトル現象を引き起こすNO3 -、NO2 -、NH3 -等の不純物や負極からの溶出元素を吸着する能力が高いため、自己放電抑制効果が高く、好ましい。
The separator of the nickel metal hydride storage battery is preferably composed of a porous film or a nonwoven fabric exhibiting excellent rate characteristics alone or in combination of two or more. Examples of the material constituting the separator include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, and nylon.
The basis weight of the separator is preferably 40 g / m 2 to 100 g / m 2 . If it is less than 40 g / m 2 , the short circuit and the self-discharge performance may be deteriorated, and if it exceeds 100 g / m 2 , the proportion of the separator per unit volume increases, so that the battery capacity tends to decrease. The air permeability of the separator is preferably 1 cm / sec to 50 cm / sec. If it is less than 1 cm / sec, the internal pressure of the battery may increase, and if it exceeds 50 cm / sec, the short circuit and the self-discharge performance may be deteriorated. The average fiber diameter of the separator is preferably 1 μm to 20 μm. When the thickness is less than 1 μm, the strength of the separator decreases, and the defect rate in the battery assembly process may increase. When the thickness exceeds 20 μm, the short circuit and the self-discharge performance may decrease.
Further, the separator is preferably subjected to a hydrophilic treatment. Examples of the separator include those obtained by subjecting the surface of a polyolefin resin fiber such as polypropylene to a sulfonation treatment, a corona treatment, a fluorine gas treatment, a plasma treatment, or a mixture of those already subjected to these treatments. . In particular, separators that have been sulfonated have a high ability to adsorb impurities such as NO 3 , NO 2 , and NH 3 that cause the shuttle phenomenon and elements eluted from the negative electrode. ,preferable.

ニッケル水素蓄電池を構成するアルカリ電解液としては、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオンの少なくとも何れか一方を含み、イオン濃度の合計が9.0mol/リットル以下であるものが好ましく、イオン濃度の合計が5.0〜8.0mol/リットルであるものがより一層好ましい。   The alkaline electrolyte constituting the nickel metal hydride storage battery preferably contains at least one of sodium ion, potassium ion and lithium ion, and the total ion concentration is 9.0 mol / liter or less, and the total ion concentration is What is 5.0-8.0 mol / liter is still more preferable.

また、該電解液には、合金への防食性向上、正極での過電圧向上、負極の耐食性の向上、自己放電向上のため、種々の添加剤が添加され得る。該添加剤としては、イットリウム、イッテルビウム、エルビウム、カルシウム、亜鉛などの酸化物、水酸化物等の1種単独物又は2種以上混合したものが挙げられる。   In addition, various additives may be added to the electrolytic solution in order to improve the corrosion resistance to the alloy, improve the overvoltage at the positive electrode, improve the corrosion resistance of the negative electrode, and improve self-discharge. Examples of the additive include oxides such as yttrium, ytterbium, erbium, calcium, and zinc, one kind of a hydroxide or the like, or a mixture of two or more kinds.

本実施形態のニッケル水素蓄電池が開放型ニッケル水素蓄電池である場合、該電池は、例えば、セパレータを介して負極を正極で挟み込み、これらの電極に所定の圧力がかかるようにこれらの電極を固定して、電解液を注液し、開放形セルを組み立てることにより作製できる。   When the nickel-metal hydride storage battery of this embodiment is an open-type nickel-metal hydride storage battery, the battery, for example, sandwiches the negative electrode with the positive electrode via a separator and fixes these electrodes so that a predetermined pressure is applied to these electrodes. Then, it can be produced by injecting an electrolyte and assembling an open cell.

本実施形態のニッケル水素蓄電池が密閉型ニッケル水素蓄電池である場合、該電池は、前記電解液を、前記正極、セパレータ及び負極を積層する前又は積層した後に注液し、外装材で封止することにより、好適に作製される。また、正極と負極とが前記セパレータを介して積層された発電要素を巻回してなる密閉型ニッケル水素蓄電池においては、前記電解液は、巻回の前又は後に発電要素に注液されるのが好ましい。注液法としては、常圧で注液することも可能であるが、真空含浸法、加圧含浸法、遠心含浸法も使用可能である。また、該密閉型ニッケル水素蓄電池の外装体の材料としては、ニッケルメッキした鉄やステンレススチール、ポリオレフィン系樹脂等が一例として挙げられる。   When the nickel metal hydride storage battery of this embodiment is a sealed nickel metal hydride storage battery, the battery is injected with the electrolyte before or after the positive electrode, the separator, and the negative electrode are stacked, and is sealed with an exterior material. Thus, it can be suitably manufactured. In a sealed nickel-metal hydride storage battery in which a power generation element in which a positive electrode and a negative electrode are stacked via the separator is wound, the electrolyte is injected into the power generation element before or after winding. preferable. As an injection method, it is possible to inject at normal pressure, but a vacuum impregnation method, a pressure impregnation method, and a centrifugal impregnation method can also be used. Examples of the material of the outer package of the sealed nickel-metal hydride storage battery include nickel-plated iron, stainless steel, polyolefin resin, and the like.

該密閉型ニッケル水素蓄電池の構成については特に限定されるものではなく、正極、負極および単層又は複層のセパレータを備えた電池、例えば、コイン電池、ボタン電池、角型電池、扁平型電池、あるいは、ロール状の正極、負極及びセパレータを有する円筒型電池等を挙げることができる。   The configuration of the sealed nickel-metal hydride storage battery is not particularly limited, and batteries including a positive electrode, a negative electrode, and a single-layer or multi-layer separator, such as a coin battery, a button battery, a square battery, a flat battery, Alternatively, a cylindrical battery having a roll-shaped positive electrode, a negative electrode, and a separator can be given.

本実施形態の水素吸蔵合金及び本実施形態のニッケル水素蓄電池は上記例示の通りであるが、本発明は、上記例示の水素吸蔵合金、及び上記例示のニッケル水素蓄電池に限定されるものではない。
即ち、一般的な水素吸蔵合金において用いられる種々の形態を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。また、一般的なニッケル水素蓄電池において用いられる種々の態様を、本発明の効果を損ねない範囲において、採用することができる。
例えば、本実施形態の水素吸蔵合金は、上述のごとく化学組成が一般式 LavSmwM1xM2yM3zで表されるものであるところ、本発明の水素吸蔵合金においては、該一般式を満たしている限り、本発明の効果を損ねない範囲において、該一般式で規定されていない元素が含まれ得る。
The hydrogen storage alloy of this embodiment and the nickel hydride storage battery of this embodiment are as illustrated above, but the present invention is not limited to the above illustrated hydrogen storage alloy and the above example nickel hydride storage battery.
That is, various forms used in a general hydrogen storage alloy can be adopted as long as the effects of the present invention are not impaired. Moreover, the various aspects used in a general nickel hydride storage battery can be employ | adopted in the range which does not impair the effect of this invention.
For example, the hydrogen storage alloy of the present embodiment, when one in which as described above chemical composition represented by the general formula La v Sm w M1 x M2 y M3 z, in the hydrogen storage alloy of the present invention, the general formula As long as the above condition is satisfied, an element not defined by the general formula may be included as long as the effects of the present invention are not impaired.

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these.

(実施例1)
以下に示す方法により、水素吸蔵合金を作製した。
化学組成が表1の実施例1となるように原料インゴットを所定量秤量してルツボに入れ、減圧アルゴンガス雰囲気下で高周波溶解炉を用いて1500℃に加熱し、材料を溶解した。溶融後、メルトスピニング法を適用して急冷し、合金を固化させた。
次に、得られた合金を0.2MPa(ゲージ圧,以下同じ)に加圧されたアルゴンガス雰囲気下で、910℃にて熱処理を5時間おこなった後、得られた水素吸蔵合金を粉砕して、平均粒径(D50)が50μmの水素吸蔵合金粉末とした。
Example 1
A hydrogen storage alloy was produced by the following method.
A predetermined amount of the raw material ingot was weighed so as to have the chemical composition of Example 1 shown in Table 1, placed in a crucible, and heated to 1500 ° C. using a high-frequency melting furnace in a reduced pressure argon gas atmosphere to dissolve the material. After melting, it was quenched by applying a melt spinning method to solidify the alloy.
Next, the obtained alloy was heat-treated at 910 ° C. for 5 hours under an argon gas atmosphere pressurized to 0.2 MPa (gauge pressure, the same applies hereinafter), and then the obtained hydrogen storage alloy was pulverized. Thus, a hydrogen storage alloy powder having an average particle size (D50) of 50 μm was obtained.

(実施例2〜9)
水素吸蔵合金の組成を表1の実施例2〜9に示した組成とした以外は、実施例1と同様にして水素吸蔵合金をそれぞれ作製した。
(Examples 2-9)
A hydrogen storage alloy was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition of the hydrogen storage alloy was changed to the composition shown in Examples 2 to 9 of Table 1.

(比較例1)
水素吸蔵合金の組成を表1の比較例1に示した組成とした以外は、実施例1と同様にして水素吸蔵合金を作製した。
(Comparative Example 1)
A hydrogen storage alloy was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition of the hydrogen storage alloy was changed to the composition shown in Comparative Example 1 of Table 1.

(比較例2〜25)
水素吸蔵合金の組成を表1の比較例2〜25に示した組成とした以外は、実施例1と同様にして水素吸蔵合金をそれぞれ作製した。
(Comparative Examples 2 to 25)
A hydrogen storage alloy was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition of the hydrogen storage alloy was changed to the composition shown in Comparative Examples 2 to 25 in Table 1.

各実施例、各比較例の水素吸蔵合金の組成、一般式 LavSmwM1xM2yM3zで表される化学組成における、[z/(v+w+x+y)]の値(B/A比)、[v/(v+w+x)]の値(即ち、La/(La+Pr+Nd+Sm))、[w/(v+w+x)]の値(即ち、Sm/(La+Pr+Nd+Sm))をそれぞれ表1に示す。 Each example, the values of the composition of the hydrogen storage alloy of the comparative example, in the chemical composition represented by the general formula La v Sm w M1 x M2 y M3 z, [z / (v + w + x + y)] (B / A ratio), Table 1 shows values of [v / (v + w + x)] (namely, La / (La + Pr + Nd + Sm)) and values of [w / (v + w + x)] (namely, Sm / (La + Pr + Nd + Sm)).

Figure 2011021262
Figure 2011021262

(開放形ニッケル水素電池の作製)
上記のようにして得られた水素吸蔵合金粉末100質量部に、ニッケル粉末(INCO製#210)3質量部を加えて混合した後、増粘剤(メチルセルロース)を溶解した水溶液を加え、さらに,結着剤(スチレンブタジエンゴム)を1質量部加えてペースト状にしたものを厚さ35μmの穿孔鋼板(開口率50%)の両面に塗布して乾燥させた後、厚さ0.33mmにプレスして、負極板とした。
また,正極板には負極容量の3倍の容量をもつシンター式水酸化ニッケル電極を用いた。
セパレータを介して負極を正極で挟み込み、これらの電極に1kgfの圧力がかかるようにこれらの電極を固定して7M 水酸化カリウム水溶液を注入し、開放形セルを組み立てた.
(Production of open-type nickel metal hydride battery)
After adding and mixing 3 parts by mass of nickel powder (INCO # 210) to 100 parts by mass of the hydrogen storage alloy powder obtained as described above, an aqueous solution in which a thickener (methylcellulose) is dissolved is added. A paste made of 1 part by weight of a binder (styrene butadiene rubber) was applied to both sides of a 35 μm-thick perforated steel sheet (opening ratio 50%), dried, and then pressed to a thickness of 0.33 mm. Thus, a negative electrode plate was obtained.
In addition, a sintered nickel hydroxide electrode having a capacity three times as large as the negative electrode capacity was used for the positive electrode plate.
An open cell was assembled by sandwiching the negative electrode with the positive electrode through a separator, fixing these electrodes so that a pressure of 1 kgf was applied to these electrodes, and injecting a 7M potassium hydroxide aqueous solution.

<開放形ニッケル水素電池の評価>
20℃で、0.1 ItA(30mA/g)で15時間の充電、休止1時間、0.2ItAでHg/HgO参照電極に対して−0.6Vまで放電をおこなう充放電サイクルを繰り返し、最大容量に達するまでのサイクル数を求めた。
最大容量に達するまでのサイクル数について、結果を表1に示す。
<Evaluation of open nickel metal hydride batteries>
At 20 ° C., charging for 15 hours at 0.1 ItA (30 mA / g), resting for 1 hour, repeating a charge / discharge cycle of discharging to −0.6 V with respect to the Hg / HgO reference electrode at 0.2 ItA, The number of cycles to reach capacity was determined.
The results are shown in Table 1 for the number of cycles to reach the maximum capacity.

(密閉形ニッケル水素電池の負極の作製)
上記のようにして得られた水素吸蔵合金粉末を110℃で2時間、8M 水酸化カリウム水溶液中に浸漬させたのち、pHが10となるまで水洗を繰り返した。乾燥後の粉末100質量部に増粘剤(メチルセルロース)を溶解した水溶液を加え、さらに、結着剤(スチレンブタジエンゴム)を1質量部加えてペースト状にしたものを厚さ35μmの穿孔鋼板(開口率50%)の両面に塗布して乾燥させた後、厚さ0.33mmにプレスして、負極板とした。
(Production of negative electrode of sealed nickel-metal hydride battery)
The hydrogen storage alloy powder obtained as described above was immersed in an 8M aqueous potassium hydroxide solution at 110 ° C. for 2 hours, and then washed with water until the pH reached 10. An aqueous solution in which a thickener (methylcellulose) is dissolved is added to 100 parts by mass of the powder after drying, and 1 part by mass of a binder (styrene butadiene rubber) is added to form a paste, and a perforated steel sheet having a thickness of 35 μm ( It was applied to both surfaces having an aperture ratio of 50%) and dried, and then pressed to a thickness of 0.33 mm to obtain a negative electrode plate.

(密閉形ニッケル水素電池の正極の作製)
正極活物質には亜鉛3質量%、コバルト0.6質量%を固溶状態で含有する水酸化ニッケル表面に、6質量%の水酸化コバルトを被覆したものを18M 水酸化ナトリウム溶液を用いて110℃で1時間空気酸化処理をおこなったものを用いた。増粘剤(カルボキシメチルセルロース)を溶解させた水溶液と、活物質さらに酸化イッテルビウム2質量%を混合して、ペーストを作製し、ニッケル発泡基材に充填し、乾燥させた後、所定の厚さ(0.93mm)にプレスすることによって正極板とした。
(Preparation of sealed nickel metal hydride battery positive electrode)
As the positive electrode active material, a nickel hydroxide surface containing 3% by mass of zinc and 0.6% by mass of cobalt in a solid solution state and coated with 6% by mass of cobalt hydroxide was used in an 18M sodium hydroxide solution. What was air-oxidized at 1 degreeC for 1 hour was used. An aqueous solution in which a thickener (carboxymethylcellulose) is dissolved, an active material, and further 2% by mass of ytterbium oxide are mixed to prepare a paste, filled in a nickel foam substrate, dried, and then given a predetermined thickness ( The positive electrode plate was formed by pressing to 0.93 mm.

(密閉形ニッケル水素電池の作製)
正極と負極とを、正極容量1に対して負極容量が1.45となる割合でセパレータを介して渦巻き上に捲回して電極群とし、円筒状の金属ケースに収納した。正極容量は、正極活物質の充填量から計算した値を用いた。計算式は、正極活物質の充填量(g)×正極活物質中の水酸化ニッケル(高次ニッケル化合物を含む)の比率×289(mAh/g)とした。負極容量には、開放形ニッケル水素電池負極の評価において得られた最大容量を用いた。つぎに、7Mの水酸化カリウムと0.8Mの水酸化リチウムからなる電解液を1.95ml注液し、安全弁を備えた金属製蓋体で封口して、2000mAh AA サイズのニッケル水素蓄電池を作製した。
(Production of sealed nickel-metal hydride batteries)
The positive electrode and the negative electrode were wound on a spiral through a separator at a ratio of 1.45 with respect to the positive electrode capacity 1 to form an electrode group, and stored in a cylindrical metal case. The value calculated from the filling amount of the positive electrode active material was used for the positive electrode capacity. The calculation formula was as follows: filling amount of positive electrode active material (g) × ratio of nickel hydroxide (including higher-order nickel compound) in positive electrode active material × 289 (mAh / g). As the negative electrode capacity, the maximum capacity obtained in the evaluation of the open nickel-metal hydride battery negative electrode was used. Next, 1.95 ml of an electrolyte composed of 7M potassium hydroxide and 0.8M lithium hydroxide was injected and sealed with a metal lid provided with a safety valve to produce a 2000 mAh AA size nickel metal hydride storage battery. did.

<初期化成>
各実施例、各比較例の水素吸蔵合金を用いた密閉形ニッケル水素電池について、以下の手順で初期化成を行なった。初充電を、40℃で0.02It(A)(40mA)で10時間の充電および20℃で0.2It(A)(400mA)で、3時間の充電により行なった。ついで、20℃、0.2It(A)で終止電圧が1Vとなるまで放電を行なった。2サイクル目以降の充電は、20℃、0.1It(A)で12時間とし、放電は、0.2It(A)、終止電圧が1Vとなるまで放電し、化成とした。同様に、3サイクル目まで、充放電を行なうことにより、初期化成を行なった。
<Initialization>
The sealed nickel-metal hydride battery using the hydrogen storage alloy of each example and each comparative example was initialized by the following procedure. Initial charging was performed by charging for 10 hours at 40 ° C. with 0.02 It (A) (40 mA) and charging at 20 ° C. with 0.2 It (A) (400 mA) for 3 hours. Next, discharging was performed at 20 ° C. and 0.2 It (A) until the final voltage reached 1V. Charging after the second cycle was performed at 20 ° C. and 0.1 It (A) for 12 hours, and discharging was performed until 0.2 It (A) and the final voltage reached 1 V, and chemical conversion was performed. Similarly, initialization was performed by charging and discharging up to the third cycle.

<サイクル寿命の評価>
各実施例、各比較例の水素吸蔵合金を用いた密閉形ニッケル水素電池について、0.5It(A)および−dV=5mVの条件での充電、30分間の休止および1It(A)で終止電圧が1Vとなるまでの放電(25℃)を繰り返し、放電容量が初期容量の50%となったときのサイクル数をサイクル寿命とした。
<Evaluation of cycle life>
For sealed nickel-metal hydride batteries using the hydrogen storage alloys of Examples and Comparative Examples, charging under conditions of 0.5 It (A) and −dV = 5 mV, rest for 30 minutes, and end voltage at 1 It (A) The discharge (25 ° C.) until the voltage reached 1 V was repeated, and the cycle number when the discharge capacity reached 50% of the initial capacity was defined as the cycle life.

<最大内圧の測定>
内圧の測定は、化成後の電池について電池ケースに2mmの丸穴を設けて圧力計を接続して行った。そして、1ItA充電120%時までの最大内圧を記録した。
<Measurement of maximum internal pressure>
The internal pressure was measured by forming a 2 mm round hole in the battery case and connecting a pressure gauge to the formed battery. The maximum internal pressure up to 120% charge of 1 ItA was recorded.

各実施例、各比較例の水素吸蔵合金が用いられたニッケル水素蓄電池における、サイクル特性としてのサイクル寿命を表1に示す。また、最大内圧について得られた結果を表1に示す。   Table 1 shows the cycle life as cycle characteristics in the nickel-metal hydride storage batteries using the hydrogen storage alloys of the examples and comparative examples. The results obtained for the maximum internal pressure are shown in Table 1.

化学組成が、一般式 LavSmwM1xM2yM3zで表され、下記式(1)を満たす水素吸蔵合金、即ち、B/A比が3.2〜3.7である水素吸蔵合金においては、微粉化が抑制され得るものの、式(2)又は式(3)を満たさない場合には、サイクル寿命が十分でない。一方、さらに式(2)及び式(3)を満たす場合には、微粉化が抑制されつつ内圧上昇も抑制され、結果としてサイクル寿命に優れたものとなっている。
3.2≦z/(v+w+x+y)≦3.7 式(1)
0.60≦v/(v+w+x)≦0.85 式(2)
0.01≦w/(v+w+x)≦0.06 式(3)
より詳しくは、式(3)を満たすことにより、即ち、希土類であるLa、Sm、Pr及びNdの合計に対するSmの割合が0.01以上であることにより、合金の初期活性が高められ(最大容量に達するまでのサイクル数が少なくなり)、合金の表面積増大による酸素ガス吸収性能が高まるものと考えられる。また、希土類であるLa、Sm、Pr及びNdの合計に対するSmの割合が0.06以下であることにより、合金の微粉化が抑制されるものと考えられる。
Chemical composition, represented by the general formula La v Sm w M1 x M2 y M3 z, hydrogen storage alloy that satisfies the following formula (1), i.e., the hydrogen storage alloy B / A ratio is 3.2 to 3.7 In, although the pulverization can be suppressed, when the formula (2) or the formula (3) is not satisfied, the cycle life is not sufficient. On the other hand, when the formulas (2) and (3) are further satisfied, the increase in internal pressure is suppressed while the pulverization is suppressed, and as a result, the cycle life is excellent.
3.2 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 3.7 Formula (1)
0.60 ≦ v / (v + w + x) ≦ 0.85 Formula (2)
0.01 ≦ w / (v + w + x) ≦ 0.06 Formula (3)
More specifically, by satisfying the formula (3), that is, when the ratio of Sm to the total of rare earths La, Sm, Pr and Nd is 0.01 or more, the initial activity of the alloy is increased (maximum It is considered that the number of cycles until the capacity is reached is reduced, and the oxygen gas absorption performance is increased by increasing the surface area of the alloy. Further, it is considered that the pulverization of the alloy is suppressed when the ratio of Sm to the total of La, Sm, Pr and Nd which are rare earths is 0.06 or less.

希土類であるLa、Sm、Pr及びNdの合計に対するLaの割合を横軸に、サイクル寿命を縦軸にして、各実施例、及び比較例1〜24について表したグラフを図1に示す。   FIG. 1 is a graph showing the ratio of La to the total of rare earths La, Sm, Pr, and Nd on the horizontal axis and the cycle life on the vertical axis for each of Examples and Comparative Examples 1-24.

また、各実施例および各比較例の水素吸蔵合金が用いられた電池について放置性能を調査した。
即ち、サイクル寿命評価に用いたものとは別の電池をそれぞれ準備し、充放電を100サイクル繰り返したのちに充電した後14日間放置したときの放電容量を調べた。
その結果、比較例25の水素吸蔵合金を用いたものについては、放電容量の大幅な低下が認められたが、他の実施例および比較例の水素吸蔵合金を用いた電池については、容量低下がほとんど認められなかった。これは、比較例25の水素吸蔵合金を用いた電池の内部に微小短絡が生じたことを意味するものである。この微小短絡は合金に含まれるコバルトが電池内部に析出して内部短絡が生じたことに起因すると考えられる。このように、構成元素としてコバルトが配合されていない水素吸蔵合金は、内部短絡が抑制される利点があるといえ、実施例の合金は、コバルトが配合されていない構成であることによって、サイクル寿命性能が優れていると同時に放置後に容量を維持する性能が高められている。
Moreover, the leaving performance was investigated about the battery in which the hydrogen storage alloy of each Example and each comparative example was used.
That is, batteries different from those used for cycle life evaluation were prepared, and after charging and discharging were repeated 100 cycles, charging was conducted and then the discharging capacity when left for 14 days was examined.
As a result, for the batteries using the hydrogen storage alloy of Comparative Example 25, a significant decrease in discharge capacity was observed, but for the batteries using the hydrogen storage alloys of other Examples and Comparative Examples, there was a decrease in capacity. Almost not recognized. This means that a minute short circuit occurred inside the battery using the hydrogen storage alloy of Comparative Example 25. This minute short circuit is considered to be caused by the fact that cobalt contained in the alloy was precipitated inside the battery and caused an internal short circuit. Thus, it can be said that the hydrogen storage alloy in which cobalt is not blended as a constituent element has an advantage that the internal short circuit is suppressed, and the alloy of the example has a cycle life due to the structure in which cobalt is not blended. The performance is excellent and at the same time the performance of maintaining the capacity after being left is enhanced.

また、各実施例、各比較例で作製された水素吸蔵合金の結晶構造について調べた。   In addition, the crystal structures of the hydrogen storage alloys produced in each example and each comparative example were examined.

<TEM観察による結晶相の積層構造解析>
各実施例、各比較例で作製された水素吸蔵合金を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察したところ、一次粒子は、多結晶体となっていることが確認された。
<Lamination structure analysis of crystal phase by TEM observation>
When the hydrogen storage alloy produced in each Example and each Comparative Example was observed with a transmission electron microscope (TEM), it was confirmed that the primary particles were polycrystalline.

<エックス線回折による結晶相の構造解析>
各実施例、各比較例で作製された水素吸蔵合金について、エックス線回折測定による構造解析を行った。
具体的には、得られた水素吸蔵合金を乳鉢で粉砕した後、粉末X線回折装置(リガク社製、RINT2400)を用い、ゴニオ半径185mm、発散スリット1deg.、散乱スリット1deg.、受光スリット0.15mm、X線源CuKα線、管電圧50kV、 管電流200mAの条件で測定した。なお、回折角は、2θ=15.0〜85.0°の範囲とし、スキャンスピードは4.000°/min.、スキャンステップは0.020°とした。得られたX線回折結果に基づいてリートベルト法(解析ソフト、RIETAN2000使用)により構造解析を行なった。
<Structural analysis of crystal phase by X-ray diffraction>
The hydrogen storage alloys produced in each Example and each Comparative Example were subjected to structural analysis by X-ray diffraction measurement.
Specifically, after pulverizing the obtained hydrogen storage alloy with a mortar, using a powder X-ray diffractometer (RINT2400, manufactured by Rigaku Corporation), a gonio radius of 185 mm, a divergence slit of 1 deg., A scattering slit of 1 deg. .15 mm, X-ray source CuKα ray, tube voltage 50 kV, tube current 200 mA. The diffraction angle was 2θ = 15.0 to 85.0 °, the scan speed was 4.000 ° / min., And the scan step was 0.020 °. Based on the obtained X-ray diffraction results, structural analysis was performed by the Rietveld method (analysis software, using RIETA 2000).

各実施例、各比較例で作製された水素吸蔵合金における結晶相の含有量を表2に示す。   Table 2 shows the content of the crystal phase in the hydrogen storage alloys produced in each example and each comparative example.

Figure 2011021262
Figure 2011021262

Claims (6)

化学組成が、一般式 LavSmwM1xM2yM3zで表される水素吸蔵合金であって、
M1がPr及び/又はNdの元素であり、M2がMg及びCaのうち少なくともMgを含む元素であり、M3がNi又はNiの一部を6A族元素、7A族元素、8族元素(Ni及びPdを除く)、1B族元素、2B族元素、及び3B族元素からなる群より選択された1種又は2種以上の元素で置換したものであり、v、w、x、y及びzが、下記式(1)、式(2)及び式(3)
3.2≦z/(v+w+x+y)≦3.7 式(1)
0.60≦v/(v+w+x)≦0.85 式(2)
0.01≦w/(v+w+x)≦0.06 式(3)
を満たすことを特徴とする水素吸蔵合金。
Chemical composition, a hydrogen storage alloy represented by the general formula La v Sm w M1 x M2 y M3 z,
M1 is an element of Pr and / or Nd, M2 is an element containing at least Mg among Mg and Ca, M3 is a part of Ni or Ni, a group 6A element, a group 7A element, a group 8 element (Ni and (Except Pd), which is substituted with one or more elements selected from the group consisting of Group 1B elements, Group 2B elements, and Group 3B elements, and v, w, x, y and z are The following formula (1), formula (2) and formula (3)
3.2 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 3.7 Formula (1)
0.60 ≦ v / (v + w + x) ≦ 0.85 Formula (2)
0.01 ≦ w / (v + w + x) ≦ 0.06 Formula (3)
The hydrogen storage alloy characterized by satisfy | filling.
M2がMgであり、v、w、x、y及びzが、下記式(4)及び式(5)
3.5≦z/(v+w+x+y)≦3.7 式(4)
0.71≦v/(v+w+x)≦0.83 式(5)
を満たすことを特徴とする請求項1記載の水素吸蔵合金。
M2 is Mg, and v, w, x, y and z are the following formulas (4) and (5).
3.5 ≦ z / (v + w + x + y) ≦ 3.7 Formula (4)
0.71 ≦ v / (v + w + x) ≦ 0.83 Formula (5)
The hydrogen storage alloy according to claim 1, wherein:
M3がNi又はNiの一部をAl、Mn、Co、Cu、Fe、Cr及びZnからなる群より選択された1種又は2種以上の元素で置換したものであり、La、Sm及びM1を合計で17.3原子%以上19.2原子%以下含み、M2を3.0原子%以上3.9原子%以下含み、M3を77.8原子%以上78.7原子%以下含むことを特徴とする請求項1又は2記載の水素吸蔵合金。   M3 is obtained by substituting Ni or a part of Ni with one or more elements selected from the group consisting of Al, Mn, Co, Cu, Fe, Cr and Zn, and La, Sm and M1 Including 17.3 atomic% to 19.2 atomic% in total, M2 from 3.0 atomic% to 3.9 atomic%, M3 from 77.8 atomic% to 78.7 atomic% The hydrogen storage alloy according to claim 1 or 2. M1が少なくともPrを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水素吸蔵合金。   M1 contains at least Pr, The hydrogen storage alloy in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Coが配合されていないことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の水素吸蔵合金。   The hydrogen storage alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein Co is not blended. 請求項1〜5のいずれかに記載されている水素吸蔵合金を含有する負極を備えたニッケル水素蓄電池。   A nickel-metal hydride storage battery comprising a negative electrode containing the hydrogen storage alloy according to claim 1.
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