JP2011044388A - Nickel-metal hydride storage battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the charging capacity of a nickel-metal hydride storage battery, and also to improve the cycle life characteristics thereof. <P>SOLUTION: The nickel-metal hydride storage battery includes a negative electrode that contains a hydrogen-absorbing alloy mainly composed of M1 elements, calcium, magnesium, and M2 elements, and aluminum hydride. The M1 elements is one or two or more kinds of elements (including at least a rare earth element) selected from a group consisting of rare earth elements, group 4A elements, group 5A elements, and Pd. The M2 elements is one or two or more kinds of elements (including at least nickel) selected from a group consisting of group 6A elements, group 7A elements, group 8 elements (excluding Pd), group 1B elements, group 2B elements, and group 3B elements. The content of the M2 elements in the hydrogen-absorbing alloy is larger than three times and less than five times the total content of the M1 elements, calcium, and magnesium. The content of calcium in the hydrogen-absorbing alloy is ≥0.5 atom%, and the content of aluminum as an M2 element in the hydrogen-absorbing alloy is ≥0 atom% and ≤1.5 atom%. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ニッケル水素蓄電池に関する。   The present invention relates to a nickel metal hydride storage battery.

高エネルギー密度を有することで知られるニッケル水素蓄電池は、従来、デジタルカメラやノート型パソコン等の小型電子機器類の電源のほか、アルカリマンガン電池等の一次電池の代替として、広く利用されており、その用途および需要は今後も拡大するものと予測されている。   Nickel metal hydride storage battery, which is known for its high energy density, has been widely used as a power source for small electronic devices such as digital cameras and notebook computers, as well as primary batteries such as alkaline manganese batteries. Its use and demand are expected to expand in the future.

ところで、この種のニッケル水素蓄電池は、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るものである。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、放電容量やサイクル特性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、従来、種々の水素吸蔵合金が検討されている。   By the way, this type of nickel metal hydride storage battery includes a nickel electrode containing 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. Is. Among these battery constituent materials, the hydrogen storage alloy, which is the main material of the negative electrode, has a great influence on the performance of nickel-metal hydride storage batteries such as discharge capacity and cycle characteristics. Various hydrogen storage alloys have been studied in the past. Has been.

該水素吸蔵合金としては、CaCu5型結晶構造を有するAB5型の希土類−Ni系合金よりも放電容量を高めうる希土類−Mg−Ni系合金が知られており、たとえば、下記特許文献1には、放電容量をさらに高めうる希土類−Mg−Ni系合金として、PuNi3型結晶構造を有しCaを含有してなるLa−Mg−Ca−Ni9合金が報告されている。 As the hydrogen storage alloy, there is known a rare earth-Mg—Ni alloy that can increase the discharge capacity as compared with an AB 5 rare earth-Ni alloy having a CaCu 5 crystal structure. Has reported a La—Mg—Ca—Ni 9 alloy having a PuNi 3 type crystal structure and containing Ca as a rare earth-Mg—Ni alloy that can further increase the discharge capacity.

特開平11−217643号公報JP-A-11-217643

しかしながら、Caを含むLa−Mg−Ni系の水素吸蔵合金(以下、本明細書において、「La−Ca−Mg−Ni系の水素吸蔵合金」ともいう)は、カルシウムの存在によって水素吸蔵容量が多くなる一方で、該カルシウムの添加量が増すにしたがって耐久性が低下し、該合金を用いて構成した電池のサイクル寿命が低下するという問題がある。   However, a La—Mg—Ni based hydrogen storage alloy containing Ca (hereinafter also referred to as “La—Ca—Mg—Ni based hydrogen storage alloy”) has a hydrogen storage capacity due to the presence of calcium. On the other hand, there is a problem that the durability decreases as the amount of calcium added increases, and the cycle life of a battery constructed using the alloy decreases.

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、La−Mg−Ca−Ni系の水素吸蔵合金を負極の活物質として用いることによって水素吸蔵容量の増大、即ちニッケル水素蓄電池の放電容量の増大を図り、それによって生じるサイクル寿命の低下を防止してサイクル寿命特性に優れたニッケル水素蓄電池を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems of the prior art, the present invention uses a La—Mg—Ca—Ni-based hydrogen storage alloy as an active material for a negative electrode to increase the hydrogen storage capacity, that is, the discharge capacity of a nickel-metal hydride storage battery. An object of the present invention is to provide a nickel-metal hydride storage battery excellent in cycle life characteristics by preventing the decrease in cycle life caused thereby.

上記課題を解決するべく、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、La−Ca−Mg−Ni系の水素吸蔵合金と、水酸化アルミニウムとを混合して負極を構成することにより、該La−Ca−Mg−Ni系の水素吸蔵合金を負極として用いたニッケル水素蓄電池の耐久性が改善され、ニッケル水素蓄電池のサイクル寿命特性が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research. As a result, a La—Ca—Mg—Ni-based hydrogen storage alloy and aluminum hydroxide are mixed to form a negative electrode, whereby the La It has been found that the durability of a nickel-metal hydride storage battery using a —Ca—Mg—Ni-based hydrogen storage alloy as a negative electrode is improved, and the cycle life characteristics of the nickel-metal hydride storage battery are improved, and the present invention has been completed.

即ち、本発明は、M1元素、カルシウム、マグネシウムおよびM2元素を主体として含む水素吸蔵合金と、水酸化アルミニウムとを含有して構成された負極を備え、
前記M1元素が、希土類元素、4A族元素、5A族元素およびPdからなる群より選択される1種又は2種以上の元素(ただし、少なくとも希土類元素を含む)であり、
前記M2元素が、6A族元素、7A族元素、8族元素(Pdを除く)、1B族元素、2B族元素および3B族元素からなる群より選択される1種又は2種以上の元素(ただし少なくともニッケルを含む)であり、
前記水素吸蔵合金中のM2元素の含有割合が、M1元素、カルシウムおよびマグネシウムの各元素の含有割合の合計の3倍より大きく5倍未満であり、
前記水素吸蔵合金中のカルシウムの含有割合が、0.5原子%以上であり、かつ、
前記水素吸蔵合金中のM2元素としてのアルミニウムの含有割合が、0原子%以上1.5原子%以下であることを特徴とするニッケル水素蓄電池を提供する。
That is, the present invention includes a negative electrode composed of a hydrogen storage alloy mainly containing M1 element, calcium, magnesium and M2 element, and aluminum hydroxide,
The M1 element is one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, 4A group elements, 5A group elements and Pd (however, including at least rare earth elements);
The M2 element is one or more elements selected from the group consisting of Group 6A elements, Group 7A elements, Group 8 elements (excluding Pd), Group 1B elements, Group 2B elements and Group 3B elements (however, Including at least nickel)
The content ratio of the M2 element in the hydrogen storage alloy is more than 3 times and less than 5 times the total content ratio of each element of the M1 element, calcium and magnesium,
The calcium content in the hydrogen storage alloy is 0.5 atomic% or more, and
Provided is a nickel-metal hydride storage battery characterized in that the content ratio of aluminum as an M2 element in the hydrogen storage alloy is 0 atomic% or more and 1.5 atomic% or less.

また、本発明は、前記水素吸蔵合金が、一般式M1'uM1"vCawMgxNiyM2'z[ここで、M1'元素は希土類元素より選択される1種又は2種以上の元素であり、M1"元素は4A族元素、5A族元素およびPdからなる群より選択される1種又は2種以上の元素であり、M2'元素は6A族元素、7A族元素、8族元素(NiおよびPdを除く)、1B族元素、2B族元素および3B族元素からなる群より選択される1種又は2種以上の元素であり、u、v、w、x、yおよびzは、u+v+w+x+y+z=100、13.3≦u≦19.5、0≦v≦1.2、0.5≦w≦3.8、2.2≦x≦5.8、74.4≦y≦78.7、0≦z≦1.2を満たす数である。]で表される組成を有することを特徴とする前記ニッケル水素蓄電池を提供する。 Further, the present invention, the hydrogen storage alloy has the general formula M1 'u M1 "v Ca w Mg x Ni y M2' z [ wherein, M1 'element of one or more kinds selected from rare earth elements M1 "element is one or more elements selected from the group consisting of Group 4A elements, Group 5A elements and Pd, and M2 'element is Group 6A element, Group 7A element, Group 8 element (Excluding Ni and Pd) are one or more elements selected from the group consisting of Group 1B elements, Group 2B elements and Group 3B elements, and u, v, w, x, y and z are: u + v + w + x + y + z = 100, 13.3 ≦ u ≦ 19.5, 0 ≦ v ≦ 1.2, 0.5 ≦ w ≦ 3.8, 2.2 ≦ x ≦ 5.8, 74.4 ≦ y ≦ 78. 7, a number satisfying 0 ≦ z ≦ 1.2. The nickel-metal hydride storage battery is characterized by having a composition represented by the following formula:

また、本発明は、前記水素吸蔵合金100質量部に対し、前記水酸化アルミニウムが0.1質量部以上2質量部以下であることを特徴とする前記ニッケル水素蓄電池を提供する。   The present invention also provides the nickel-metal hydride storage battery, wherein the aluminum hydroxide is 0.1 parts by mass or more and 2 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the hydrogen storage alloy.

本発明に係るニッケル水素蓄電池によれば、上記構成の水素吸蔵合金、すなわち、カルシウムを含むLa−Ca−Mg−Ni系の水素吸蔵合金と、水酸化アルミニウムとを負極の構成材料として併用することにより、該ニッケル水素蓄電池の耐久性が向上し、サイクル寿命特性が改善されることとなる。   According to the nickel metal hydride storage battery of the present invention, the hydrogen storage alloy having the above-described configuration, that is, the La—Ca—Mg—Ni-based hydrogen storage alloy containing calcium and aluminum hydroxide are used in combination as the constituent material of the negative electrode. As a result, the durability of the nickel-metal hydride storage battery is improved, and the cycle life characteristics are improved.

このような効果は、負極に添加した水酸化アルミニウムが、水素吸蔵合金の活性を抑制する作用と、水素吸蔵合金の組成元素の溶出を抑制する作用とを発揮することにより奏されるものと推測される。つまり、水素吸蔵合金の活性が抑制されることによって該合金の膨張収縮による微粉化が抑制され、その結果としてサイクル寿命特性が改善されることとなる。また、水素吸蔵合金の組成元素の溶出が抑制されることにより、電解液に対する該合金の耐腐食性が向上するため、サイクル寿命特性が改善されることとなる。
本発明者らの知見によると、水素吸蔵合金の組成元素の中でも、希土類元素やカルシウムは、溶出した際のサイクル寿命低下傾向が大きく、特に水素吸蔵容量の増大に寄与しうるカルシウムは、希土類元素と比べて溶出し易い性質があるためにサイクル寿命低下を生じさせやすいことが見出された。
本発明では、カルシウムを含む水素吸蔵合金を採用することによって水素吸蔵容量の増大を図るとともに、希土類元素やカルシウムの溶出が問題となりやすい該水素吸蔵合金に対して水酸化アルミニウムを共存させた負極を採用することにより、上記のような作用によって水素吸蔵合金の微粉化と構成元素の溶出を抑制し、サイクル寿命特性を改善し得たのである。
It is speculated that such an effect is exhibited by the fact that the aluminum hydroxide added to the negative electrode exhibits the action of suppressing the activity of the hydrogen storage alloy and the action of suppressing the elution of the composition elements of the hydrogen storage alloy. Is done. That is, by suppressing the activity of the hydrogen storage alloy, pulverization due to expansion and contraction of the alloy is suppressed, and as a result, cycle life characteristics are improved. Moreover, since the elution of the compositional elements of the hydrogen storage alloy is suppressed, the corrosion resistance of the alloy against the electrolytic solution is improved, so that the cycle life characteristics are improved.
According to the knowledge of the present inventors, among the constituent elements of the hydrogen storage alloy, rare earth elements and calcium have a large tendency to decrease the cycle life when eluted, and especially calcium that can contribute to an increase in hydrogen storage capacity is rare earth elements. It has been found that the cycle life is liable to be reduced due to the property of being easily eluted as compared with.
In the present invention, the hydrogen storage capacity is increased by adopting a hydrogen storage alloy containing calcium, and a negative electrode in which aluminum hydroxide coexists with the hydrogen storage alloy in which elution of rare earth elements and calcium is likely to be a problem. By adopting it, it was possible to improve the cycle life characteristics by suppressing the pulverization of the hydrogen storage alloy and elution of the constituent elements by the action as described above.

本発明に係るニッケル水素蓄電池は、M1元素、カルシウム、マグネシウムおよびM2元素を主体として含む水素吸蔵合金と、水酸化アルミニウムとを含有して構成された負極を備えたものである。
ここで、該水素吸蔵合金に含まれる前記M1元素は、希土類元素、4A族元素、5A族元素およびPdからなる群より選択される1種又は2種以上の元素(ただし、少なくとも希土類元素を含む)であり、前記M2元素は6A族元素、7A族元素、8族元素(Pdを除く)、1B族元素、2B族元素および3B族元素からなる群より選択される1種又は2種以上の元素(ただし少なくともニッケルを含む)である。
また、前記水素吸蔵合金中のM2元素の含有割合は、M1元素、カルシウムおよびマグネシウムの各元素の含有割合の合計の3倍より大きく5倍未満であり、前記水素吸蔵合金中のカルシウムの含有割合は、0.5原子%以上であり、前記水素吸蔵合金中のM2元素としてのアルミニウムの含有割合は0原子%以上1.5原子%以下である。
The nickel metal hydride storage battery according to the present invention includes a negative electrode configured to contain a hydrogen storage alloy mainly containing M1 element, calcium, magnesium, and M2 element, and aluminum hydroxide.
Here, the M1 element contained in the hydrogen storage alloy is one or two or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, 4A group elements, 5A group elements and Pd (provided that at least the rare earth elements are included). And the M2 element is one or more selected from the group consisting of Group 6A elements, Group 7A elements, Group 8 elements (excluding Pd), Group 1B elements, Group 2B elements and Group 3B elements Element (however, including at least nickel).
Further, the content ratio of the M2 element in the hydrogen storage alloy is greater than 3 times and less than 5 times the total content ratio of each element of the M1 element, calcium and magnesium, and the content ratio of calcium in the hydrogen storage alloy Is 0.5 atomic% or more, and the content ratio of aluminum as the M2 element in the hydrogen storage alloy is 0 atomic% or more and 1.5 atomic% or less.

一般に、La−Mg−Ni系の水素吸蔵合金は、希土類元素、Mg、およびNiを含み、且つ、Niの含有割合が、希土類元素およびMgの含有割合の合計の3倍より大きく5倍未満である合金であるが、本発明の水素吸蔵合金はCaを含有しているため、該La−Ca−Mg−Ni系の水素吸蔵合金は、希土類元素、Mg、およびNiを含み、且つ、Niの数が、希土類元素の数およびMg原子の数、並びに本発明により添加されたCa原子の数の合計の3倍より大きく5倍未満である合金となっている。   In general, a La—Mg—Ni-based hydrogen storage alloy includes rare earth elements, Mg, and Ni, and the content ratio of Ni is greater than 3 times and less than 5 times the total content ratio of rare earth elements and Mg. Although it is an alloy, since the hydrogen storage alloy of the present invention contains Ca, the La—Ca—Mg—Ni-based hydrogen storage alloy contains rare earth elements, Mg, and Ni, and is made of Ni. The number of the alloys is more than 3 times and less than 5 times the total number of rare earth elements and Mg atoms and the number of Ca atoms added according to the present invention.

より具体的には、前記水素吸蔵合金としては、下記一般式
M1'uM1"vCawMgxNiyM2'z
で表される組成を有するものが好ましい。
More specifically, the hydrogen storage alloy includes the following general formula:
M1 'u M1 "v Ca w Mg x Ni y M2' z
What has a composition represented by these is preferable.

ここで、該一般式において、M1'元素およびM1"元素は、前記M1元素を構成するものであり、これらは安定な水素化物を形成しうる元素である。
具体的には、M1'元素は、希土類元素より選択される1種又は2種以上の元素であり、好ましくは、La、Ce、Pr、Nd、SmおよびYからなる群より選択される1種又は2種以上の元素である。
Here, in the general formula, the M1 ′ element and the M1 ″ element constitute the M1 element, and these are elements capable of forming a stable hydride.
Specifically, the M1 ′ element is one or more elements selected from rare earth elements, preferably one selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Nd, Sm, and Y Or two or more elements.

また、M1"元素は、M1元素のうち希土類元素以外の元素であり、具体的には、4A族元素、5A族元素およびPdからなる群より選択される1種又は2種以上の元素であり、好ましくは、合金の結晶構造中にある希土類元素、Mg又はCaと置換しうる元素であり、具体的には、V、Nb、Ta、Ti、ZrおよびHfからなる群より選択される1種又は2種以上の元素が好ましい。   The M1 ″ element is an element other than the rare earth element of the M1 element, and specifically, one or more elements selected from the group consisting of a 4A group element, a 5A group element, and Pd. Preferably, it is an element that can be substituted for the rare earth element, Mg or Ca in the crystal structure of the alloy, and specifically, one kind selected from the group consisting of V, Nb, Ta, Ti, Zr and Hf Or 2 or more types of elements are preferable.

M1"元素の含有量は、希土類元素、MgまたはCaの作用を無くさない範囲とすることが好ましく、よって、該M1"元素の添加量は0(ゼロ)でもよく、添加する場合でも可能な限り少量とすることが好ましい。具体的には、前記水素吸蔵合金中において、1.2原子%以下が好ましく、0原子%以上0.2原子%以下とすることがより好ましい。   The content of the M1 ″ element is preferably in a range that does not lose the action of the rare earth element, Mg or Ca. Therefore, the addition amount of the M1 ″ element may be 0 (zero). A small amount is preferable. Specifically, in the hydrogen storage alloy, the content is preferably 1.2 atomic percent or less, and more preferably 0 atomic percent or more and 0.2 atomic percent or less.

また、M2'元素およびNiは、前記M2元素を構成するものであり、これらは水素化物が不安定な元素である。
該M2'元素は、合金の結晶構造中にあるNiと置換しうるNi以外の元素であり、具体的には、6A族元素、7A族元素、8族元素(NiおよびPdを除く)、1B族元素、2B族元素および3B族元素からなる群より選択される1種又は2種以上の元素であり、好ましくは、Co、Cu、Mn、Al、Cr、FeおよびZnからなる群より選択される1種又は2種以上の元素である。
Further, the M2 ′ element and Ni constitute the M2 element, and these are elements in which hydrides are unstable.
The M2 ′ element is an element other than Ni that can replace Ni in the crystal structure of the alloy, and specifically includes a group 6A element, a group 7A element, a group 8 element (excluding Ni and Pd), 1B One or more elements selected from the group consisting of group elements, group 2B elements and group 3B elements, preferably selected from the group consisting of Co, Cu, Mn, Al, Cr, Fe and Zn Or one or more elements.

該M2'元素の含有量は、Niの作用を無くさない範囲とすることが好ましく、そのため、含有量は0(ゼロ)でもよく、添加する場合でも可能な限り少量とすることが好ましい。具体的には、M2'元素の含有量は、前記水素吸蔵合金中において、0質量%以上1.2質量%以下とすることが好ましい。
ただし、該M2'元素のうち、Alについては、前記水素吸蔵合金中において、0原子%以上1.5原子%以下の含有量とする。
また、該M2'元素のうち、CrまたはZnは、合金の微粉化を抑制する作用があるため、前記水素吸蔵合金中において、1原子%以下となる範囲で添加することが好ましい。
The content of the M2 ′ element is preferably in a range that does not eliminate the action of Ni. Therefore, the content may be 0 (zero), and even when added, it is preferably as small as possible. Specifically, the content of the M2 ′ element is preferably 0% by mass or more and 1.2% by mass or less in the hydrogen storage alloy.
However, among the M2 ′ elements, Al has a content of 0 atomic% or more and 1.5 atomic% or less in the hydrogen storage alloy.
Further, among the M2 ′ elements, Cr or Zn has an action of suppressing the pulverization of the alloy, and therefore, it is preferably added within the range of 1 atomic% or less in the hydrogen storage alloy.

このような観点から、前記一般式においては、u、v、w、x、yおよびzは、u+v+w+x+y+z=100を満たす数であり、uは、13.3≦u≦19.5が好ましく、13.7≦u≦17.5がより好ましく、vは、0≦v≦1.2であり、好ましくは0≦v≦0.2であり、wは、0.5≦w≦3.8であり、好ましくは1.2≦w≦3.5であり、xは、2.2≦x≦5.8であり、好ましくは3.8≦x≦5.8であり、yは、74.4≦y≦78.7であり、好ましくは75.0≦y≦77.8であり、zは、0≦z≦1.2である。   From such a viewpoint, in the general formula, u, v, w, x, y, and z are numbers satisfying u + v + w + x + y + z = 100, and u is preferably 13.3 ≦ u ≦ 19.5, 13 0.7 ≦ u ≦ 17.5 is more preferable, v is 0 ≦ v ≦ 1.2, preferably 0 ≦ v ≦ 0.2, and w is 0.5 ≦ w ≦ 3.8. Yes, preferably 1.2 ≦ w ≦ 3.5, x is 2.2 ≦ x ≦ 5.8, preferably 3.8 ≦ x ≦ 5.8, and y is 74. 4 ≦ y ≦ 78.7, preferably 75.0 ≦ y ≦ 77.8, and z is 0 ≦ z ≦ 1.2.

前記水素吸蔵合金中のカルシウム含有量が0.5原子%未満であれば、カルシウムの添加による放電容量(水素吸蔵容量)の増大作用が発揮され難くなるのみならず、水酸化アルミニウムによる耐久性向上作用も発揮され難くなる。また、カルシウムの含有量が3.8原子%以下であれば、水素の吸蔵放出にともなう合金の微粉化が抑制され、より一層耐食性に優れた合金となる。
斯かる観点から、水素吸蔵合金中のカルシウムの含有量は、0.5原子%以上であることが必要であり、好ましくは0.5原子%以上3.8原子%以下であり、より好ましくは1.2原子%以上3.5原子%以下である。
If the calcium content in the hydrogen storage alloy is less than 0.5 atomic%, not only will the effect of increasing the discharge capacity (hydrogen storage capacity) due to the addition of calcium be difficult, but the durability will be improved by aluminum hydroxide. The effect is difficult to be demonstrated. Further, if the calcium content is 3.8 atomic% or less, the pulverization of the alloy accompanying the storage and release of hydrogen is suppressed, and the alloy is further excellent in corrosion resistance.
From such a viewpoint, the content of calcium in the hydrogen storage alloy needs to be 0.5 atomic% or more, preferably 0.5 atomic% or more and 3.8 atomic% or less, more preferably It is 1.2 atomic% or more and 3.5 atomic% or less.

また、前記水素吸蔵合金中のアルミニウムの含有量は、上述のように、1.5原子%以下であることが必要である。カルシウムの含有量が0.5原子%以上である上記水素吸蔵合金においては、アルミニウムが結晶相中に均一に固溶し難く、アルミニウムの添加量を増やすと合金の一部にアルミニウムの偏析する量が増える傾向がある。そこで、アルミニウムの含有量を1.5原子%以下とすることにより、このようなアルミニウムの偏析量の増大を防止し、より耐久性に優れた水素吸蔵合金とすることができる。   In addition, the aluminum content in the hydrogen storage alloy needs to be 1.5 atomic% or less as described above. In the above hydrogen storage alloy having a calcium content of 0.5 atomic% or more, aluminum is difficult to be solid-dissolved uniformly in the crystal phase. Tend to increase. Therefore, by setting the aluminum content to 1.5 atomic% or less, it is possible to prevent such an increase in the segregation amount of aluminum and to obtain a hydrogen storage alloy having more excellent durability.

ここで、アルミニウムが結晶相中に均一に固溶し難くなるとの意味は、La−Ca−Mg−Ni系合金特有のA24ユニットとAB5ユニットとがc軸方向に積層した結晶構造(後述のGd2Co7相、Ce2Ni7相といったA24ユニット間に所定数のAB5ユニットが挿入された構造)を有する結晶相中に、アルミニウムが均一に固容し難くなることである。
アルミニウムの偏析相は、アルミニウムの濃度の高い組成の合金相として形成されると考えられ、この偏析相はCaCu5型結晶構造を有していると考えられる。そのため、アルミニウムの偏析量がどの程度あるかの評価は、CaCu5型結晶構造を有する相の生成割合を測定することによっておこなうことができる。
たとえば、アルミニウムの量を0原子%から1.2原子%まで増大させるとCaCu5相の割合が0質量%〜6.9質量%まで増大することがわかる。具体的には、La9.3Nd7.0Ca2.3Mg4.7Ni76.7-xAlx(x=0、0.2、0.7、1.2)の4種類の合金を製造し、CaCu5相の存在量を調べたところ、CaCu5相の生成量はそれぞれ0質量%、1.7質量%、3.5質量%、6.9質量%であった。
Here, the meaning that aluminum hardly dissolves uniformly in the crystal phase means that a crystal structure in which A 2 B 4 unit and AB 5 unit peculiar to La—Ca—Mg—Ni alloy are laminated in the c-axis direction. Aluminum is difficult to solidify uniformly in a crystalline phase having a structure in which a predetermined number of AB 5 units are inserted between A 2 B 4 units such as a Gd 2 Co 7 phase and a Ce 2 Ni 7 phase described later. That is.
The segregation phase of aluminum is considered to be formed as an alloy phase having a high aluminum concentration composition, and this segregation phase is considered to have a CaCu 5 type crystal structure. Therefore, evaluation of the amount of segregation of aluminum can be performed by measuring the generation ratio of a phase having a CaCu 5 type crystal structure.
For example, it can be seen that when the amount of aluminum is increased from 0 atomic% to 1.2 atomic%, the proportion of the CaCu 5 phase increases from 0 mass% to 6.9 mass%. Specifically, four types of alloys of La 9.3 Nd 7.0 Ca 2.3 Mg 4.7 Ni 76.7-x Al x (x = 0, 0.2, 0.7, 1.2) are manufactured and the presence of CaCu 5 phase When the amount was examined, the production amounts of the CaCu 5 phase were 0% by mass, 1.7% by mass, 3.5% by mass, and 6.9% by mass, respectively.

なお、参考までにカルシウムを含まない場合と、カルシウムを含む場合とについて、アルミニウムを添加した際のCaCu5相の生成量の傾向を示す。La5.1Pr14.1Ca0.0Mg2.1Ni78.7-xAlx(x=0、1.7、3.2、4.3)の各合金を製造し、そこに形成されるCaCu5相の量を調べると、それぞれ3.0質量%、4.0質量%、4.5質量%および9.1質量%であった。これに対し、La13.3Ca4.4Mg4.4Ni77.8-xAlx(x=0、0.2)の各合金を製造しそこに形成されるCaCu5相の量を調べると、それぞれ0質量%および4.5質量%であった。このように、カルシウムを含む場合には、アルミニウムを添加した際のCaCu5相の生成量が増加する傾向にあることが認められる。 Incidentally, showing the case without calcium in the reference, for the case containing calcium, the tendency of the amount of CaCu 5 phase upon addition of aluminum. La 5.1 Pr 14.1 Ca 0.0 Mg 2.1 Ni 78.7-x Al x (x = 0, 1.7, 3.2, 4.3) alloys are manufactured, and the amount of CaCu 5 phase formed therein is examined. And 3.0% by mass, 4.0% by mass, 4.5% by mass and 9.1% by mass, respectively. On the other hand, when each alloy of La 13.3 Ca 4.4 Mg 4.4 Ni 77.8-x Al x (x = 0, 0.2) was manufactured and the amount of CaCu 5 phase formed therein was examined, 0% by mass and It was 4.5% by mass. Thus, if it contains calcium, the amount of aluminum CaCu 5 phase upon addition of it is recognized that there is a tendency to increase.

また、前記M2元素の含有割合は、M1元素、カルシウムおよびマグネシウムの各元素の含有割合の合計の3.0倍以上3.7倍以下であることが好ましい。斯かる範囲とすることにより、Gd2Co7相、Ce2Ni7相、Ce5Co19相およびPr5Co19相のうち少なくとも2種以上の結晶相が形成されやすくなる。これらの結晶相を有することにより、水素の吸蔵放出を繰り返した際の劣化が抑制される。このような傾向が顕著であることから、M2元素の含有割合は、M1元素、カルシウムおよびマグネシウムの各元素の含有割合の合計の3.2倍以上であることがより好ましく、さらには3.3倍以上3.5倍以下であることが特に好ましい。 Moreover, it is preferable that the content rate of the said M2 element is 3.0 times or more and 3.7 times or less of the sum total of the content rate of each element of M1 element, calcium, and magnesium. With such a range, Gd 2 Co 7 phase, Ce 2 Ni 7 phase, at least two or more crystal phases of Ce 5 Co 19 phase and Pr 5 Co 19 phase is easily formed. By having these crystal phases, deterioration when the storage and release of hydrogen is repeated is suppressed. Since such a tendency is remarkable, it is more preferable that the content ratio of the M2 element is 3.2 times or more of the total content ratio of each element of the M1 element, calcium and magnesium, and more preferably 3.3. It is particularly preferable that the ratio is not less than twice and not more than 3.5.

従って、前記一般式においては、3≦(y+z)/(u+v+w+x)≦3.7を満たすことが好ましく、3.2≦(y+z)/(u+v+w+x)≦3.7を満たすことがより好ましく、さらには、3.3≦(y+z)/(u+v+w+x)≦3.5を満たすことが特に好ましい。   Therefore, in the above general formula, it is preferable to satisfy 3 ≦ (y + z) / (u + v + w + x) ≦ 3.7, more preferably 3.2 ≦ (y + z) / (u + v + w + x) ≦ 3.7, Particularly preferably satisfies 3.3 ≦ (y + z) / (u + v + w + x) ≦ 3.5.

このように、上記のような組成の水素吸蔵合金を用いて負極を構成することにより、ニッケル水素蓄電池の放電容量を増大させつつサイクル寿命特性を改善することができる。   Thus, by constituting the negative electrode using the hydrogen storage alloy having the above composition, the cycle life characteristics can be improved while increasing the discharge capacity of the nickel-metal hydride storage battery.

また、本発明における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。   The hydrogen storage alloy in the present invention 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 It is a rare-earth-Mg-Ni-based hydrogen storage alloy laminated in the c-axis direction of the crystal structure.

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。 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.

中でも、Gd2Co7相、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に使用される。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が起こりにくいという優れた特性を有する。 Among these, a hydrogen storage alloy having two or more selected from the group consisting of Gd 2 Co 7 phase, Pr 5 Co 19 phase, Ce 5 Co 19 phase, and Ce 2 Ni 7 phase is preferably used. The hydrogen storage alloy having these crystal phases has excellent characteristics that the difference between the expansion and contraction ratios between the crystal phases is small, so that the distortion is not easily generated and the deterioration is not easily caused by repeated storage and release of hydrogen.

ここで、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、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、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。 Here, the La 5 MgNi 24 type crystal structure is a crystal structure in which four AB 5 units are inserted between A 2 B 4 units, and the Pr 5 Co 19 type crystal structure is A 2 B It is a crystal structure in which 3 units of AB 5 units are inserted between 4 units, and Ce 5 Co 19 type crystal structure is that 3 units of AB 5 units are inserted between A 2 B 4 units. It is a crystal structure, and the Ce 2 Ni 7 type crystal structure is a crystal structure in which two AB 5 units are inserted between A 2 B 4 units. What is the Gd 2 Co 7 type crystal structure? , 2 units of AB 5 units are inserted between A 2 B 4 units, and the AuBe 5 type crystal structure is a crystal structure composed of only A 2 B 4 units.

尚、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.

該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 repeating periodicity. The phase may be laminated randomly and without periodicity.

また、前記各結晶相の含有量については特に限定されるものではないが、前記Gd2Co7型結晶構造を有する結晶相の含有率は0〜80質量%、前記Pr5Co19型結晶構造を有する結晶相の含有率は3〜80質量%、前記Ce5Co19型結晶構造を有する結晶相の含有率は15〜80質量%、前記Ce2Ni7型結晶構造を有する結晶相の含有率は0〜95質量%であることが好ましい。 The content of each crystal phase is not particularly limited, but the content of the crystal phase having the Gd 2 Co 7 type crystal structure is 0 to 80% by mass, and the Pr 5 Co 19 type crystal structure. The content of the crystal phase having 3 to 80% by mass, the content of the crystal phase having the Ce 5 Co 19 type crystal structure is 15 to 80% by mass, and the content of the crystal phase having the Ce 2 Ni 7 type crystal structure The rate is preferably 0 to 95% by mass.

特に、本発明における水素吸蔵合金では、Caを含有してなるCe2Ni7型結晶構造を有する結晶相、またはCaを含有してなるGd2Co7型結晶構造を有する結晶相を含有したものが好ましく、中でも、Caを含有してなるCe2Ni7型結晶構造を有する結晶相の含有率が20〜90質量%であることが好ましく、Caを含有してなるGd2Co7型結晶構造を有する結晶相の含有率が10〜70質量%であることが好ましい。 In particular, the hydrogen storage alloy according to the present invention contains a crystal phase having a Ce 2 Ni 7 type crystal structure containing Ca or a crystal phase having a Gd 2 Co 7 type crystal structure containing Ca. Among them, it is preferable that the content of a crystal phase having a Ce 2 Ni 7 type crystal structure containing Ca is 20 to 90% by mass, and a Gd 2 Co 7 type crystal structure containing Ca. It is preferable that the content rate of the crystal phase which has 10-70 mass%.

尚、前記各結晶構造を有する結晶相は、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 having each crystal structure 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. .

また、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は、TEMを用いて合金の格子像を観察することによって確認することができる。   Moreover, it can be confirmed by observing the lattice image of the alloy using TEM that two or more crystal phases having different crystal structures are laminated in the c-axis direction of the crystal structure.

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、劣化が進行しにくいという効果がある。
また、該水素吸蔵合金は希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金であるため、放電容量が大きいという効果もある。
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 has an effect that the alloy is less likely to be pulverized even if hydrogen storage and release are repeated by charging and discharging, and deterioration is unlikely to proceed.
Further, since the hydrogen storage alloy is a rare earth-Mg-Ni based hydrogen storage alloy, there is an effect that the discharge capacity is large.

また、前記水素吸蔵合金は、好ましくは、水素平衡圧が0.07MPa以下のものとする。従来の水素吸蔵合金では、水素平衡圧が高い場合には水素を吸収し難く、吸収した水素を放出し易いという性質を有しており、水素吸蔵合金のハイレート特性を高めると、水素が自己放出しやすいものとなっていた。
しかし、互いに異なる結晶構造を有する結晶相が2以上積層されてなる希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金であって、特にCaCu5型結晶構造を有する結晶相の含有率が15質量%以下である水素吸蔵合金においては、水素平衡圧を0.07MPa以下という低い値に設定した場合でも良好なハイレート特性が得られ、該水素吸蔵合金を負極として用いたニッケル水素蓄電池は、ハイレート特性に優れ且つ水素の自己放出(電池においては、自己放電)の生じ難いものとなる。これは、合金中の水素の拡散性が向上したためであると考えられる。
The hydrogen storage alloy preferably has a hydrogen equilibrium pressure of 0.07 MPa or less. Conventional hydrogen storage alloys have the property that when hydrogen equilibrium pressure is high, it is difficult to absorb hydrogen and it is easy to release the absorbed hydrogen. When the high rate characteristics of the hydrogen storage alloy are enhanced, hydrogen self-releases. It was easy to do.
However, it is a rare earth-Mg-Ni-based hydrogen storage alloy in which two or more crystal phases having different crystal structures are laminated, and particularly when the content of the crystal phase having a CaCu 5 type crystal structure is 15% by mass or less. In some hydrogen storage alloys, good high rate characteristics can be obtained even when the hydrogen equilibrium pressure is set to a low value of 0.07 MPa or less. A nickel metal hydride battery using the hydrogen storage alloy as a negative electrode has excellent high rate characteristics and Hydrogen self-release (self-discharge in a battery) is unlikely to occur. This is considered to be because the diffusibility of hydrogen in the alloy was improved.

尚、水素平衡圧とは、80℃のPCT曲線(圧力−組成等温線)において、H/M=0.5の平衡圧(放出側)を意味するものである。   The hydrogen equilibrium pressure means an equilibrium pressure (release side) of H / M = 0.5 in the 80 ° C. PCT curve (pressure-composition isotherm).

斯かる構成の水素吸蔵合金は、以下のような製造方法によって得ることができる。
即ち、一実施形態としての水素吸蔵合金の製造方法は、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1000K/秒以上の冷却速度で急冷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860〜1000℃の温度範囲で焼鈍する焼鈍工程とを備えたものである。
The hydrogen storage alloy having such a configuration can be obtained by the following manufacturing method.
That is, the method for producing a hydrogen storage alloy as one embodiment includes a melting step of melting an alloy raw material blended to have a predetermined composition ratio, and rapid solidification of the molten alloy raw material at a cooling rate of 1000 K / second or more. And an annealing step of annealing the cooled alloy in a pressurized inert gas atmosphere in a temperature range of 860 to 1000 ° C.

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き、原料インゴッド(合金原料)を所定量秤量する。
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、1200〜1600℃に加熱して合金原料を溶融させる。
More specifically, first, a predetermined amount of raw material ingot (alloy raw material) is weighed based on the chemical composition of the target hydrogen storage alloy.
In the melting step, the alloy raw material is put in a crucible and heated to 1200 to 1600 ° C., for example, 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、1000K/秒以上(急冷ともいう)が好ましい。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。   In the cooling step, the molten alloy material is cooled and solidified. The cooling rate is preferably 1000 K / second or more (also called rapid cooling). By rapidly cooling at 1000 K / second or more, there is an effect that the alloy composition is refined and homogenized.

該冷却方法としては、具体的には、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 melt spinning method having a cooling rate of 100,000 K / second or more, a gas atomizing method having a cooling rate of about 10,000 K / second, 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860〜1000℃に加熱する。加圧条件としては、0.2〜1.0MPa(ゲージ圧)が好ましい。また、該焼鈍工程における処理時間は、3〜50時間とすることが好ましい。
斯かる焼鈍工程により、結晶格子の歪みが取り除かれ、該焼鈍工程を経た水素吸蔵合金は、最終的に、互いに異なる結晶構造を有する結晶相が2以上積層されてなる水素吸蔵合金となる。
In the annealing step, heating is performed at 860 to 1000 ° C. using, for example, an electric furnace in a pressurized state under an inert gas atmosphere. As a pressurizing condition, 0.2 to 1.0 MPa (gauge pressure) is preferable. Moreover, it is preferable that the processing time in this annealing process shall be 3 to 50 hours.
The distortion of the crystal lattice is removed by such an annealing process, and the hydrogen storage alloy that has undergone the annealing process finally becomes a hydrogen storage alloy in which two or more crystal phases having different crystal structures are laminated.

上述のような手順により、カルシウムを0.5原子%以上3.3原子%以下の割合で含有するLa−Mg−Ni系の水素吸蔵合金を作成した後、該水素吸蔵合金を粉砕し、負極の材料として使用することが好ましい。
電極製作時の水素吸蔵合金の粉砕は、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、焼鈍後に粉砕するのが望ましい。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。
前記粉砕には、例えば、機械粉砕、水素化粉砕などが用いられる。
After preparing a La—Mg—Ni-based hydrogen storage alloy containing calcium in a proportion of 0.5 atomic% to 3.3 atomic% by the above-described procedure, the hydrogen storage alloy is pulverized, and the negative electrode It is preferable to use it as a material.
The hydrogen storage alloy may be pulverized at the time of electrode fabrication either before or after annealing, but since the surface area is increased by pulverization, it is desirable to pulverize after annealing 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.
For the pulverization, for example, mechanical pulverization or hydrogenation pulverization is used.

さらに、本発明においては、該水素吸蔵合金とともに水酸化アルミニウムを負極の構成材料として使用する。
具体的には、水酸化アルミニウムを、前記水素吸蔵合金100質量部に対して、0.1質量部以上2質量部以下、好ましくは、0.3質量部以上1質量部以下の割合で添加する。該水酸化アルミニウムは、粒子径が0.1〜20μmであるような粉末が好ましい。添加された水酸化アルミニウムは、負極の内部で前記水素吸蔵合金と共存するように分布し、上述したような作用により、該水素吸蔵合金の耐久性を向上させるという効果を奏する。
Furthermore, in this invention, aluminum hydroxide is used as a constituent material of a negative electrode with this hydrogen storage alloy.
Specifically, aluminum hydroxide is added at a ratio of 0.1 parts by mass or more and 2 parts by mass or less, preferably 0.3 parts by mass or more and 1 part by mass or less with respect to 100 parts by mass of the hydrogen storage alloy. . The aluminum hydroxide is preferably a powder having a particle size of 0.1 to 20 μm. The added aluminum hydroxide is distributed so as to coexist with the hydrogen storage alloy inside the negative electrode, and has the effect of improving the durability of the hydrogen storage alloy by the action as described above.

本発明で使用する水素吸蔵合金は、本発明の効果が得られる範囲内であればM1元素、Ca、Mg、M2元素以外の元素を含むことができる。
すなわち、本発明に係る水素吸蔵合金は、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。そのため、前記一般式で表される組成を有するとは、前記一般式と一致する組成を有すること、または、前記不可避の不純物を含み且つ該不純物を除く部分が前記一般式と一致する組成を有すること、をいうものである。
The hydrogen storage alloy used in the present invention can contain elements other than the M1 element, Ca, Mg, and M2 element as long as the effects of the present invention are obtained.
That is, the hydrogen storage alloy according to the present invention is naturally an alloy represented by the above general formula, and can contain an element not defined by the general formula as, for example, an inevitable impurity. Therefore, having the composition represented by the general formula has a composition that matches the general formula, or has a composition that includes the inevitable impurities and that excludes the impurities has the composition that matches the general formula. It means that.

本発明に係る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、特に限定されるものではなく、ニッケル水素蓄電池の正負極での電気化学的な起電反応に際してイオンを移動させる物質を用いることができ、例えば、水酸化カリウム、水酸化リチウム、または水酸化ナトリウムの水溶液、もしくはこれらの混合物を用いることができる。   The alkaline electrolyte constituting the nickel metal hydride storage battery according to the present invention is not particularly limited, and a substance that moves ions during the electrochemical electromotive reaction at the positive and negative electrodes of the nickel metal hydride storage battery can be used. For example, an aqueous solution of potassium hydroxide, lithium hydroxide, or sodium hydroxide, or a mixture thereof can be used.

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、種々の添加剤を添加することができる。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、水酸化物等を1種で又は2種以上混合して用いることができる。   In addition, various additives can 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. As this additive, oxides, hydroxides, etc., such as yttrium, ytterbium, erbium, calcium, and zinc, can be used singly or in combination.

一方、該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を好適に使用することができ、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をより好適に使用することができる。
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を用いることができる。
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化合物を用いることができる。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。
On the other hand, the positive electrode of the nickel metal hydride storage battery is not particularly limited, but generally a nickel hydroxide composite oxide mainly composed of nickel hydroxide and mixed with zinc hydroxide or cobalt hydroxide. A positive electrode including a positive electrode active material can be preferably used, and a positive electrode including the nickel hydroxide composite oxide uniformly dispersed by a coprecipitation method can be more preferably used.
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. A part of these nickel hydroxide composite oxides oxidized using oxygen or oxygen-containing gas, or a chemical such as K 2 S 2 O 8 or hypochlorous acid can be used.
In addition, as the additive, as a substance for improving the oxygen overvoltage, a rare earth element compound such as Y or Yb or a Ca compound can be used. 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.

尚、前記正極及び負極には、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。
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を1種又は2種以上の混合物として含ませることができる。
これらの中でも、導電剤としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、アセチレンブラックが好ましい。導電剤の添加量は、正極又は負極の総重量に対して0.1質量%〜10質量%が好ましい。特に、アセチレンブラックを0.1〜0.5μmの超微粒子に粉砕して用いると、必要炭素量を削減できるため望ましい。
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を、1種又は2種以上の混合物として用いることができる。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を1種又は2種以上の混合物として用いることができる。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 positive electrode and the negative 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.
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, A conductive material such as ketjen black, carbon whisker, carbon fiber, vapor-grown carbon, metal (nickel, gold, etc.) powder, metal fiber, or the like can be included as one or a mixture of two or more.
Among these, as the conductive agent, acetylene black is preferable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. The addition amount of the conductive agent is preferably 0.1% by mass to 10% by mass with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode. In particular, it is desirable to use acetylene black after being pulverized into ultrafine particles of 0.1 to 0.5 μm because the necessary carbon amount can be reduced.
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 A polymer having rubber elasticity such as can be used as one kind or a mixture of two or more kinds. 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.
As said thickener, polysaccharides, such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, xanthan gum, etc. can be normally used as 1 type, or 2 or more types of mixtures. 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を特に制限されることなく使用し得る。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、材料としてはニッケルやニッケルメッキした鋼板を好適に用いることができ、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次元基材を好適に用いることができる。また、該集電体の厚みについても特に限定はなく、5〜700μmのものが好適に用いられる。
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を用いることが好ましい。また、負極用としては、安価で、且つ導電性に優れる鉄箔に、耐還元性向上のためニッケルメッキを施した、パンチング板を使用することが好ましい。
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 particular limitation. As the current collector, for example, from the viewpoint of reduction resistance and oxidation resistance, nickel or nickel-plated steel plate can be suitably used as a material, and as a shape, a foam, a molded body of a fiber group, A three-dimensional base material subjected to uneven processing or a two-dimensional base material such as a punching plate can be suitably used. Moreover, there is no limitation in particular also about the thickness of this electrical power collector, The thing of 5-700 micrometers is used suitably.
Among these current collectors, for the positive electrode, it is necessary to use a material having a porous structure, which is made of nickel having excellent corrosion resistance and oxidation resistance to alkali, and having a structure excellent in current collection. preferable. In addition, as a negative electrode, it is preferable to use a punching plate obtained by applying nickel plating for improving reduction resistance to an iron foil which is inexpensive and excellent in conductivity.
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以上併用して構成することが好ましい。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、親水化処理を施すことが好ましい。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を用いても良い。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。
As a separator of a nickel metal hydride storage battery, it is preferable that a porous film or a nonwoven fabric exhibiting excellent rate characteristics be used 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.
The separator is preferably subjected to a hydrophilic treatment. For example, the surface of polyolefin resin fibers such as polypropylene may be subjected to sulfonation treatment, corona treatment, fluorine gas treatment, 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.

本発明の一実施形態としての密閉型ニッケル水素蓄電池は、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。   The sealed nickel-metal hydride storage battery as one embodiment of the present invention is preferably produced by injecting the electrolyte solution before or after laminating the positive electrode, the separator, and the negative electrode, and sealing with an exterior material. Is done. 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.

以下、実施例および比較例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

<実施例1>
(正極の作製)
硫酸ニッケルと硫酸亜鉛および硫酸コバルトを所定比で溶解した水溶液に硫酸アンモニウムと苛性ソーダ水溶液を添加してアンミン錯体を生成させた。反応系を激しく攪拌しながら更に苛性ソーダを滴下し、反応系のpHを10〜13に制御して芯層母材となる球状高密度水酸化ニッケル粒子を水酸化ニッケル:水酸化亜鉛:水酸化コバルト=93:5:2の質量比となるように合成した。
該高密度水酸化ニッケル粒子を苛性ソーダでpH10〜13に制御したアルカリ水溶液に投入し、溶液を攪拌しながら所定濃度の硫酸コバルト、アンモニアを含む水溶液を滴下した。この間、苛性ソーダ水溶液を適宜滴下して反応浴のpHを10〜13の範囲に維持した。約1時間pHを10〜13の範囲に保持し、水酸化ニッケル粒子表面にCoを含む混合水酸化物から成る表面層を形成させた。該混合水酸化物の表面層の比率は水酸化物の芯層母材粒子(以下、単に芯層という)に対して、4質量%であった。
さらに、前記混合水酸化物から成る表面層を有する水酸化ニッケル粒子を、温度110℃の30質量%(10mol/リットル)の苛性ソーダ水溶液に投入し、充分に攪拌した。続いて、表面層に含まれるコバルトの水酸化物の当量に対して過剰のK228を添加し、粒子表面から酸素ガスが発生するのを確認した。活物質粒子をろ過し、水洗、乾燥した。得られた活物質粒子に、カルボキシメチルセルロース(CMC)水溶液を0.2質量%とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を0.3質量%、Yb23を2質量%添加して前記活物質粒子:CMC溶質:PTFE:Yb23=97.5:0.2:0.3:2.0質量%(固形分比)のペーストとし、該ペーストを350g/mのニッケル多孔体に充填した。その後、80℃で乾燥した後、所定の厚みにプレスし、2000mAhのニッケル正極板とした。
<Example 1>
(Preparation of positive electrode)
An ammonium complex and an aqueous sodium hydroxide solution were added to an aqueous solution in which nickel sulfate, zinc sulfate and cobalt sulfate were dissolved at a predetermined ratio to form an ammine complex. While vigorously stirring the reaction system, caustic soda is further added dropwise, the pH of the reaction system is controlled to 10 to 13, and the spherical high density nickel hydroxide particles serving as the core layer base material are converted into nickel hydroxide: zinc hydroxide: cobalt hydroxide. = 93: 5: 2 The weight ratio was synthesized.
The high-density nickel hydroxide particles were put into an alkaline aqueous solution adjusted to pH 10 to 13 with caustic soda, and an aqueous solution containing cobalt sulfate and ammonia at predetermined concentrations was added dropwise while stirring the solution. During this time, an aqueous caustic soda solution was appropriately added dropwise to maintain the pH of the reaction bath in the range of 10-13. The pH was maintained in the range of 10 to 13 for about 1 hour, and a surface layer made of a mixed hydroxide containing Co was formed on the surface of the nickel hydroxide particles. The ratio of the surface layer of the mixed hydroxide was 4% by mass with respect to hydroxide core layer base material particles (hereinafter simply referred to as core layer).
Furthermore, nickel hydroxide particles having a surface layer made of the mixed hydroxide were put into a 30% by mass (10 mol / liter) aqueous caustic soda solution at a temperature of 110 ° C. and sufficiently stirred. Subsequently, excess K 2 S 2 O 8 was added to the equivalent of the cobalt hydroxide contained in the surface layer, and it was confirmed that oxygen gas was generated from the particle surface. The active material particles were filtered, washed with water and dried. To the obtained active material particles, 0.2% by mass of a carboxymethyl cellulose (CMC) aqueous solution, 0.3% by mass of polytetrafluoroethylene (PTFE), and 2% by mass of Yb 2 O 3 are added to obtain the active material particles. : CMC solute: PTFE: Yb 2 O 3 = 97.5: 0.2: 0.3: 2.0% by mass (solid content ratio) paste was filled in a nickel porous body of 350 g / m. . Then, after drying at 80 degreeC, it pressed to predetermined thickness and it was set as the 2000 mAh nickel positive electrode plate.

(負極の作製)
表1に示したような化学組成の原料インゴット(合金原料)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融炉を用いて1200℃〜1600℃に加熱し、材料を溶融した。溶融後、メルトスピニング法を適用して1000K/秒以上の冷却速度で急冷し、合金を固化させた。
次に、得られた合金インゴッドを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、電気炉にて930℃で5時間加熱した。
得られた各水素吸蔵合金について、ジーベルツ型PCT測定装置(鈴木商館社製、P73−07)を用い、80℃におけるPCT曲線(圧力−組成等温線)のH/M=0.5での平衡圧を求めた。
さらに、各水素吸蔵合金を平均粒径D50=50μmに粉砕し、得られた粉末を、X線回折装置(BrukerAXS社製、品番M06XCE)を用い、40kV、100mA(Cu管球)の条件下でX線回折試験を行った。さらに、リートベルト法(解析ソフト:RIETAN2000)による解析を行い、結晶相の生成割合を算出した。結果を表2に示す。
次いで、前記合金粉末、水酸化アルミニウム粉末(平均粒径D50=1.6μm)、スチレンブタジエン共重合体(SBR)水溶液、及びメチルセルローズ(MC)水溶液を、
50:0.5:0.0425:0.3の固形分質量比で混合してペースト状にし、ブレードコーターを用いて、鉄にニッケルメッキを施したパンチング鋼板に塗布し、80℃で乾燥した後、所定の厚みにプレスして負極とした。
(Preparation of negative electrode)
A specified amount of a raw material ingot (alloy raw material) as shown in Table 1 is weighed into a crucible and heated to 1200 ° C. to 1600 ° C. in a low-pressure argon gas atmosphere using a high-frequency melting furnace to melt the material. did. After melting, a melt spinning method was applied and quenched at a cooling rate of 1000 K / second or more to solidify the alloy.
Next, the obtained alloy ingot was heated in an electric furnace at 930 ° C. for 5 hours in an argon gas atmosphere pressurized to 0.2 MPa (gauge pressure, the same applies hereinafter).
About each obtained hydrogen storage alloy, the equilibrium in H / M = 0.5 of the PCT curve (pressure-composition isotherm) in 80 degreeC was carried out using the Siebelz type PCT measuring apparatus (the Suzuki Shokan Co., Ltd. P73-07). The pressure was determined.
Furthermore, each hydrogen storage alloy was pulverized to an average particle diameter D50 = 50 μm, and the obtained powder was subjected to conditions of 40 kV, 100 mA (Cu tube) using an X-ray diffraction apparatus (manufactured by BrukerAXS, product number M06XCE). An X-ray diffraction test was performed. Furthermore, analysis by the Rietveld method (analysis software: Rietan 2000) was performed, and the generation ratio of the crystal phase was calculated. The results are shown in Table 2.
Next, the alloy powder, aluminum hydroxide powder (average particle diameter D50 = 1.6 μm), styrene butadiene copolymer (SBR) aqueous solution, and methyl cellulose (MC) aqueous solution,
50: 0.5: 0.0425: 0.3 was mixed at a solid mass ratio to form a paste, applied to a punched steel plate in which nickel was plated on iron, and dried at 80 ° C. using a blade coater. Then, it pressed to the predetermined thickness and was set as the negative electrode.

(開放形評価電池の作製)
上述のようにして作製した電極をセパレータを介して正極で挟み込み、これらの電極に1kgf/cm2の圧力がかかるようにボルトで固定し、開放形ニッケル水素蓄電池を組み立てた。電解液としては、6.8mol/LのKOH溶液および0.8mol/LのLiOH溶液からなる混合液を使用した。
尚、開放形評価電池の正負極の容量は、正極容量が負極容量と比べて十分に大きい条件、いわゆる負極規制となる条件で設計した。そのため、この評価電池で得られる充放電容量の結果は、負極についてのものである。
(Production of open evaluation battery)
The electrodes produced as described above were sandwiched between positive electrodes through separators and fixed with bolts so that a pressure of 1 kgf / cm 2 was applied to these electrodes, and an open-type nickel-metal hydride storage battery was assembled. As the electrolytic solution, a mixed solution composed of a 6.8 mol / L KOH solution and a 0.8 mol / L LiOH solution was used.
The positive and negative electrode capacities of the open-type evaluation battery were designed under conditions where the positive electrode capacity is sufficiently larger than the negative electrode capacity, that is, so-called negative electrode regulation. Therefore, the charge / discharge capacity results obtained with this evaluation battery are for the negative electrode.

(サイクル寿命特性の測定)
20℃の水槽中で、0.1ItAで150%の充電と、0.2ItAで終止電圧が0.6V(対Hg/HgO)となる放電とを、50サイクル繰り返した。そして、最大放電容量に対する50サイクル目の放電容量を容量維持率(%)として求めた。最大放電容量と容量維持率の結果を表3に示す。
(Measurement of cycle life characteristics)
In a 20 ° C. water bath, charging at 150% at 0.1 ItA and discharging at 0.2 ItA with a final voltage of 0.6 V (vs. Hg / HgO) were repeated 50 cycles. And the discharge capacity of the 50th cycle with respect to the maximum discharge capacity was calculated | required as a capacity | capacitance maintenance factor (%). Table 3 shows the results of the maximum discharge capacity and capacity retention rate.

(比表面積の測定)
サイクル試験前後の合金の比表面積の測定はつぎの手順で行った。サイクル寿命特性を測定する前および測定した後の電池からそれぞれ負極を取り出し、水洗および乾燥したのちに、合剤層部分と基板(鉄にニッケルめっきを施したパンチング鋼板)とを分けた。つぎに合材層部分を乳鉢で粉砕し、それを比表面積測定装置(QUANTACHROME社製、MONOSORB)にいれ、BET法により比表面積を測定した。
(Measurement of specific surface area)
The specific surface area of the alloy before and after the cycle test was measured according to the following procedure. The negative electrode was taken out from the battery before and after measuring the cycle life characteristics, washed with water and dried, and then the mixture layer portion and the substrate (punched steel plate in which iron was nickel-plated) were separated. Next, the composite material layer portion was pulverized with a mortar, placed in a specific surface area measuring device (manufactured by QUANTACHROME, MONOSORB), and the specific surface area was measured by the BET method.

(平均粒径D50の測定)
レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置(Microtrac社製、MT3000)を用いて粒度分布測定を行い、サイクル試験前および後における合金の平均粒子径D50を求めた。
(Measurement of average particle diameter D50)
The particle size distribution was measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Microtrac, MT3000), and the average particle size D50 of the alloy before and after the cycle test was determined.

(質量飽和磁化の測定)
振動試料型磁力計(理研電子社製、BHV−10H)を用い、サイクル試験前および後における合金の質量飽和磁化を測定した。
(Measurement of mass saturation magnetization)
Using a vibrating sample magnetometer (RHV Electronics, BHV-10H), the mass saturation magnetization of the alloy before and after the cycle test was measured.

<比較例1>
負極材料として水酸化アルミニウムを添加しないこと、具体的には、前記合金粉末、スチレンブタジエン共重合体(SBR)水溶液、及びメチルセルローズ(MC)水溶液を、
50:0.0425:0.3の固形分質量比で混合して負極を作成したことを除き、他は実施例1と同様にして開放形評価電池を作成し、同様の測定を行った。
<Comparative Example 1>
Do not add aluminum hydroxide as a negative electrode material, specifically, the alloy powder, styrene butadiene copolymer (SBR) aqueous solution, and methyl cellulose (MC) aqueous solution,
An open type evaluation battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was prepared by mixing at a solid mass ratio of 50: 0.0425: 0.3, and the same measurement was performed.

<比較例2>
原料インゴッドの化学組成を、表1に示す組成とすることを除き、他は実施例1と同様にして開放形評価電池を作成し、同様の測定を行った。
<Comparative Example 2>
An open type evaluation battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the chemical composition of the raw material ingot was changed to the composition shown in Table 1, and the same measurement was performed.

<比較例3>
原料インゴッドの化学組成を、表1に示す組成とすることを除き、他は実施例1と同様にして開放形評価電池を作成し、同様の測定を行った。
<Comparative Example 3>
An open type evaluation battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the chemical composition of the raw material ingot was changed to the composition shown in Table 1, and the same measurement was performed.

<比較例4>
原料インゴッドの化学組成を、表1に示す組成とすることを除き、他は実施例1と同様にして開放形評価電池を作成し、同様の測定を行った。
<Comparative example 4>
An open type evaluation battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the chemical composition of the raw material ingot was changed to the composition shown in Table 1, and the same measurement was performed.

<比較例5>
原料インゴッドの化学組成を、表1に示す組成とすることを除き、他は比較例1と同様にして開放形評価電池を作成し、同様の測定を行った。
<Comparative Example 5>
An open evaluation battery was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the chemical composition of the raw material ingot was changed to the composition shown in Table 1, and the same measurement was performed.

Figure 2011044388
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Figure 2011044388
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表3に示した結果によると、Caを含まない希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金を用いた比較例4および5と比較して、Caを含む希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金を用いた実施例1および比較例1では、最大放電容量が増大していることが認められる。
また、水酸化アルミニウムの添加による効果に着目すると、Caを含まない希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金を用いた比較例2および3では、水酸化アルミニウムを添加しない比較例2と水酸化アルミニウムを添加した比較例3とで容量維持率がほとんど変化しておらず、水酸化アルミニウムの添加による効果がほとんど発揮されていないことが認められる。また、比較例4および5では、水酸化アルミニウムを添加しない比較例5と水酸化アルミニウムを添加した比較例4とで容量維持率の値が変化しておらず、水酸化アルミニウムの添加による効果が発揮されていないことが認められる。
これに対し、Caを含む希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金を用いた実施例1および比較例1では、水酸化アルミニウムを添加しない比較例1に対して、水酸化アルミニウムを添加した実施例1の容量維持率が1.4%向上しており、水酸化アルミニウムの添加による容量維持率改善効果が顕著に発揮されていることが認められる。
According to the results shown in Table 3, the rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy containing Ca was compared with Comparative Examples 4 and 5 using the rare-earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy containing no Ca. In the used Example 1 and Comparative Example 1, it is recognized that the maximum discharge capacity is increased.
When attention is paid to the effect of the addition of aluminum hydroxide, Comparative Examples 2 and 3 using a rare earth-Mg-Ni-based hydrogen storage alloy containing no Ca include Comparative Example 2 and aluminum hydroxide in which no aluminum hydroxide is added. It is recognized that the capacity retention rate is almost the same as that of Comparative Example 3 to which is added, and the effect of the addition of aluminum hydroxide is hardly exhibited. Further, in Comparative Examples 4 and 5, the capacity retention rate value did not change between Comparative Example 5 in which no aluminum hydroxide was added and Comparative Example 4 in which aluminum hydroxide was added, and the effect of the addition of aluminum hydroxide was effective. It is recognized that it has not been demonstrated.
On the other hand, in Example 1 and Comparative Example 1 using a rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy containing Ca, Example in which aluminum hydroxide was added to Comparative Example 1 in which no aluminum hydroxide was added. The capacity retention rate of No. 1 is improved by 1.4%, and it is recognized that the effect of improving the capacity retention rate by adding aluminum hydroxide is remarkably exhibited.

これは、サイクル試験前後における比表面積、平均粒子径および質量飽和磁化の値の変化からも裏付けられており、Caを含まない希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金を用いた比較例4および5では、水酸化アルミニウムを添加しない比較例5と水酸化アルミニウムを添加した比較例4とでこれらの値がほとんど変化していないのに対し、Caを含む希土類−Mg−Ni系の水素吸蔵合金を用いた実施例1および比較例1では、水酸化アルミニウムを添加しない比較例1に対して、水酸化アルミニウムを添加した実施例1の比表面積、平均粒子径および質量飽和磁化の値が、それぞれ劣化の少ない方へと変化していることが認められる。   This is supported by changes in specific surface area, average particle diameter, and mass saturation magnetization before and after the cycle test, and Comparative Examples 4 and 5 using rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloys containing no Ca. In Comparative Example 5 in which no aluminum hydroxide was added and Comparative Example 4 in which aluminum hydroxide was added, these values hardly changed, whereas a rare earth-Mg—Ni-based hydrogen storage alloy containing Ca was used. In Example 1 and Comparative Example 1 used, the specific surface area, the average particle diameter, and the mass saturation magnetization of Example 1 to which aluminum hydroxide was added deteriorated with respect to Comparative Example 1 in which aluminum hydroxide was not added. It is recognized that it has changed to one with less.

<実施例2〜6>
原料インゴッドの化学組成を、表4に示す組成とすることを除き、他は実施例1と同様にして開放形評価電池を作成し、容量維持率の測定を行った。
<Examples 2 to 6>
An open type evaluation battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the chemical composition of the raw material ingot was changed to the composition shown in Table 4, and the capacity retention rate was measured.

<比較例6〜10>
負極の構成材料として水酸化アルミニウムを添加しないことを除き、他は実施例1〜6と同様にしてそれぞれ開放形評価電池を作成し、容量維持率の測定を行った。結果を下記表4に示す。
<Comparative Examples 6 to 10>
Except that aluminum hydroxide was not added as a constituent material for the negative electrode, open type evaluation batteries were prepared in the same manner as in Examples 1 to 6, and the capacity retention rate was measured. The results are shown in Table 4 below.

Figure 2011044388
Figure 2011044388

表4より、本発明の範囲内において合金組成が変動しても、負極の構成材料として水酸化アルミニウムを添加したことによる容量維持率の改善効果が発揮されていることが認められる。   From Table 4, it can be seen that even if the alloy composition fluctuates within the scope of the present invention, the improvement effect of the capacity retention rate due to the addition of aluminum hydroxide as the constituent material of the negative electrode is exhibited.

Claims (3)

M1元素、カルシウム、マグネシウムおよびM2元素を主体として含む水素吸蔵合金と、水酸化アルミニウムとを含有して構成された負極を備え、
前記M1元素は、希土類元素、4A族元素、5A族元素およびPdからなる群より選択される1種又は2種以上の元素(ただし、少なくとも希土類元素を含む)であり、
前記M2元素は6A族元素、7A族元素、8族元素(Pdを除く)、1B族元素、2B族元素および3B族元素からなる群より選択される1種又は2種以上の元素(ただし少なくともニッケルを含む)であり、
前記水素吸蔵合金中のM2元素の含有量が、M1元素、カルシウムおよびマグネシウムの各元素の含有割合の合計の3倍より大きく5倍未満であり、
前記水素吸蔵合金中のカルシウムの含有量が0.5原子%以上であり、かつ、
前記水素吸蔵合金中のM2元素としてのアルミニウムの含有量が0原子%以上1.5原子%以下であることを特徴とするニッケル水素蓄電池。
A negative electrode composed of a hydrogen storage alloy mainly containing M1 element, calcium, magnesium and M2 element, and aluminum hydroxide;
The M1 element is one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, 4A group elements, 5A group elements and Pd (however, including at least rare earth elements),
The M2 element is one or more elements selected from the group consisting of Group 6A elements, Group 7A elements, Group 8 elements (excluding Pd), Group 1B elements, Group 2B elements, and Group 3B elements (but at least Nickel)
The content of the M2 element in the hydrogen storage alloy is more than 3 times and less than 5 times the total content of each element of the M1 element, calcium and magnesium,
The calcium content in the hydrogen storage alloy is 0.5 atomic% or more, and
A nickel-metal hydride storage battery characterized in that the content of aluminum as the M2 element in the hydrogen storage alloy is 0 atomic% or more and 1.5 atomic% or less.
前記水素吸蔵合金が、一般式M1'uM1"vCawMgxNiyM2'z[ここで、M1'は希土類元素より選択される1種又は2種以上の元素であり、M1"は4A族元素、5A族元素およびPdからなる群より選択される1種又は2種以上の元素であり、M2'は6A族元素、7A族元素、8族元素(NiおよびPdを除く)、1B族元素、2B族元素および3B族元素からなる群より選択される1種又は2種以上の元素であり、u、v、w、x、yおよびzは、u+v+w+x+y+z=100、13.3≦u≦19.5、0≦v≦1.2、0.5≦w≦3.8、2.2≦x≦5.8、74.4≦y≦78.7、0≦z≦1.2を満たす数である。]で表される組成を有することを特徴とする請求項1記載のニッケル水素蓄電池。 The hydrogen storage alloy has the general formula M1 'u M1 "v Ca w Mg x Ni y M2' z [ wherein, M1 'is one or more elements selected from rare earth elements, M1" is One or more elements selected from the group consisting of Group 4A elements, Group 5A elements and Pd, and M2 ′ is a Group 6A element, Group 7A element, Group 8 element (excluding Ni and Pd), 1B Is one or more elements selected from the group consisting of group elements, group 2B elements and group 3B elements, and u, v, w, x, y and z are u + v + w + x + y + z = 100, 13.3 ≦ u ≦ 19.5, 0 ≦ v ≦ 1.2, 0.5 ≦ w ≦ 3.8, 2.2 ≦ x ≦ 5.8, 74.4 ≦ y ≦ 78.7, 0 ≦ z ≦ 1.2 It is a number that satisfies The nickel-metal hydride storage battery according to claim 1, having a composition represented by: 前記水素吸蔵合金100質量部に対し、前記水酸化アルミニウムが0.1質量部以上2質量部以下であることを特徴とする請求項1又は2記載のニッケル水素蓄電池。   3. The nickel-metal hydride storage battery according to claim 1, wherein the aluminum hydroxide is 0.1 parts by mass or more and 2 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the hydrogen storage alloy.
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