JP2012188728A - Composite hydrogen-storage alloy and nickel-metal hydride storage battery - Google Patents

Composite hydrogen-storage alloy and nickel-metal hydride storage battery Download PDF

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Limin Wang
立民 王
万▲強▼ ▲劉▼
Wanqiang Liu
▲耀▼明 ▲呉▼
Yaoming Wu
Yoshiteru Kawabe
佳照 川部
Tetsuya Ozaki
哲也 尾崎
Masaharu Watada
正治 綿田
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Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite hydrogen storage alloy having high discharging capacity and highly efficient discharging performance, and a nickel-metal hydride storage battery using the alloy.SOLUTION: The composite hydrogen storage alloy contains a hydrogen storage alloy having an I-phase and a hydrogen storage alloy having an ABtype crystal phase.

Description

この発明は、高放電容量及び高率放電性能を有する複合水素吸蔵合金及びそれを用いてなるニッケル水素蓄電池に関するものである。   The present invention relates to a composite hydrogen storage alloy having a high discharge capacity and a high rate discharge performance, and a nickel metal hydride storage battery using the same.

水素吸蔵合金は、水素を安全かつ容易に貯蔵でき、クリーンなエネルギー源として期待される材料であり、エネルギーの新しい貯蔵・変換材料として注目されている。   The hydrogen storage alloy is a material that can be stored safely and easily and is expected as a clean energy source, and has attracted attention as a new energy storage and conversion material.

従来、水素吸蔵合金としては、CaCu型構造を有するAB型、CsCI型構造を有するAB型、立方晶系C15や六方晶系C14構造を有するAB型等の結晶相が含まれるものについて、その電気化学的特性が広く調べられている。 Conventionally, as hydrogen storage alloys, those containing crystal phases such as AB 5 type having a CaCu 5 type structure, AB type having a CsCI type structure, AB 2 type having a cubic C15 structure and a hexagonal C14 structure are included. Its electrochemical properties have been extensively investigated.

一方、5回対称軸、正20面体構造を有し、Ti、Zr、Ni等の遷移金属からなる合金は、Icosahedral型の準結晶相(I相)を有することが知られており、その高い水素吸蔵能が注目されている(非特許文献1)。   On the other hand, an alloy having a 5-fold symmetry axis and a regular icosahedron structure and made of a transition metal such as Ti, Zr, and Ni is known to have an Icosahedral type quasicrystalline phase (I phase), and its high Hydrogen storage capacity has attracted attention (Non-Patent Document 1).

このような水素吸蔵合金の応答分野は、水素の貯蔵・輸送、熱の貯蔵・輸送、熱−機械エネルギーの変換、水素の分離・精製、水素同位体の分離、ニッケル水素蓄電池、合成化学における触媒、温度センサー等の多岐にわたるが、このうち負極活物質として水素吸蔵合金を用いるニッケル水素蓄電池は、小型、軽量高出力等の利点を有することより、需要が拡大している。   The response fields of such hydrogen storage alloys include hydrogen storage / transport, heat storage / transport, thermal-mechanical energy conversion, hydrogen separation / purification, hydrogen isotope separation, nickel-metal hydride storage batteries, catalysts in synthetic chemistry However, nickel-metal hydride storage batteries using a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material are in increasing demand because they have advantages such as small size, light weight and high output.

ニッケル水素蓄電池の負極活物質としては、従来、希土類元素及びNiを主たる構成元素とするAB型合金が用いられてきたが、現在使用されているAB型合金の放電容量はすでにLaNiの理論容量の約85%に達しており、これ以上の高容量化は期待できない。 As a negative electrode active material of a nickel metal hydride storage battery, an AB 5 type alloy containing rare earth elements and Ni as main constituent elements has been used in the past. However, the discharge capacity of the AB 5 type alloy currently used is already LaNi 5 . The capacity has reached about 85% of the theoretical capacity, and no further increase in capacity can be expected.

Appl.Phys. Lett. 69(1996)2998-3000Appl.Phys.Lett.69 (1996) 2998-3000

そこで本発明は、上記現状に鑑み、高放電容量及び高率放電性能を有する複合水素吸蔵合金及びそれを用いてなるニッケル水素蓄電池を提供すべく図ったものである。   In view of the above, the present invention is intended to provide a composite hydrogen storage alloy having a high discharge capacity and a high rate discharge performance, and a nickel metal hydride storage battery using the same.

本発明者は、鋭意検討の結果、優れた水素吸蔵能を備えたI相を有する水素吸蔵合金に、AB型の結晶相を有する水素吸蔵合金を混合して複合合金化することにより、水素放出能の向上を図ることが可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors have conducted extensive studies results, the hydrogen storage alloy having a superior phase I having a hydrogen storage capacity, by composite alloying a mixture of hydrogen-absorbing alloy of AB 3 type crystal phase, hydrogen It has been found that the release ability can be improved, and the present invention has been completed.

すなわち本発明に係る複合水素吸蔵合金は、I相を有する水素吸蔵合金とAB型の結晶相を有する水素吸蔵合金とを含有することを特徴とする。 That is, the composite hydrogen storage alloy according to the present invention includes a hydrogen storage alloy having an I phase and a hydrogen storage alloy having an AB 3 type crystal phase.

本発明に係る複合水素吸蔵合金において、前記AB型の結晶相を有する水素吸蔵合金の含有量は、複合水素吸蔵合金中10〜30重量%であることが好ましい。 In the composite hydrogen storage alloy according to the present invention, the content of the hydrogen storage alloy having the AB 3 type crystal phase is preferably 10 to 30% by weight in the composite hydrogen storage alloy.

前記I相を有する水素吸蔵合金は、少なくともTiを構成元素とするものであることが好ましく、なかでも、少なくともTi、V及びNiを構成元素とするものであることがより好ましい。   The hydrogen storage alloy having the I phase preferably includes at least Ti as a constituent element, and more preferably includes at least Ti, V, and Ni as constituent elements.

本発明に係る複合水素吸蔵合金の用途としては特に限定されないが、ニッケル水素蓄電池の負極活物質として好適に用いることができる。このように、本発明に係る複合水素吸蔵合金を含有する負極を備えているニッケル水素蓄電池もまた、本発明の1つである。   Although it does not specifically limit as a use of the composite hydrogen storage alloy which concerns on this invention, It can use suitably as a negative electrode active material of a nickel hydride storage battery. Thus, the nickel hydride storage battery provided with the negative electrode containing the composite hydrogen storage alloy which concerns on this invention is also one of this invention.

本発明によれば、優れた水素吸蔵能を備えたI相を有する水素吸蔵合金に、AB型の結晶相を有する水素吸蔵合金を混合して複合合金化することにより、水素放出能の向上を図ることができる。そして、このような優れた水素吸蔵能と水素放出能とを兼ね備えた複合水素吸蔵合金をニッケル水素蓄電池の負極活物質として用いることにより、放電容量が高く、かつ、高率放電性能に優れた電池を得ることができる。 According to the present invention, a hydrogen storage alloy having an I phase having an excellent hydrogen storage ability is mixed with a hydrogen storage alloy having an AB 3 type crystal phase to form a composite alloy, thereby improving the hydrogen release ability. Can be achieved. And, by using such a composite hydrogen storage alloy having both excellent hydrogen storage capacity and hydrogen release capacity as a negative electrode active material for a nickel metal hydride storage battery, the battery has a high discharge capacity and excellent high rate discharge performance. Can be obtained.

AB型合金(a)、Ti1.40.6Ni合金(b)、及び、それらの複合合金(c)のXRDパターンを示す図である。AB 3 type alloys (a), Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy (b), and is a view showing an XRD pattern of their complex alloy (c). 透過型電子顕微鏡(TEM)により観察されたTi1.40.6Ni合金の、明視野像(a)、5倍の電子回折パターン(b)、及び、通常の電子回折パターン(c)を示す図である。Bright field image (a), 5 times electron diffraction pattern (b), and normal electron diffraction pattern (c) of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy observed with a transmission electron microscope (TEM) FIG. Ti1.40.6Ni合金からなる負極と、Ti1.40.6Ni合金とAB型合金との複合合金からなる負極との、サイクル回数と放電容量との相関を示すグラフである。Shows a negative electrode consisting of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy, the negative electrode comprising a composite alloy of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy and AB 3 type alloys, the correlation between the discharge capacity and cycle times It is a graph. Ti1.40.6Ni合金からなる負極と、Ti1.40.6Ni合金とAB型合金との複合合金からなる負極との、50%DODでの電気化学インピーダンスのスペクトルを示すグラフである。A negative electrode consisting of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy, the negative electrode comprising a composite alloy of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy and AB 3 type alloys, the spectrum of the electrochemical impedance at 50% DOD It is a graph which shows. 図4に示す電気化学インピーダンスのスペクトルに対応する等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit corresponding to the spectrum of the electrochemical impedance shown in FIG. Ti1.40.6Ni合金からなる負極と、Ti1.40.6Ni合金とAB型合金との複合合金からなる負極との、電流時間応答に対するアノード電流の片対数プロットを示すグラフである。A semi-logarithmic plot of anode current versus current time response for a negative electrode made of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy and a negative electrode made of a composite alloy of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy and AB 3 type alloy It is a graph which shows.

以下に本発明を詳述する。   The present invention is described in detail below.

本発明に係る複合水素吸蔵合金は、I相を有する水素吸蔵合金とAB型の結晶相を有する水素吸蔵合金とを含有するものである。ここで、I相とは、Icosahedral型の準結晶相を意味し、AB型の結晶相とは、ABで表される組成を有する結晶相を意味する。なお、Aは、希土類元素及びMgからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素(水素吸蔵金属)を表し、Bは、希土類元素以外の遷移元素及びAlからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素(水素放出金属)を表す。 The composite hydrogen storage alloy according to the present invention contains a hydrogen storage alloy having an I phase and a hydrogen storage alloy having an AB 3 type crystal phase. Here, the I phase means an Icosahedral type quasicrystalline phase, and the AB 3 type crystalline phase means a crystalline phase having a composition represented by AB 3 . A represents at least one element (hydrogen storage metal) selected from the group consisting of rare earth elements and Mg, and B represents at least one element selected from the group consisting of transition elements other than rare earth elements and Al. (Hydrogen releasing metal).

前記I相を有する水素吸蔵合金としては、例えば、Ti1.40.6Ni、Ti1.60.4Ni、Ti1.70.3Ni、Ti1.80.2Ni、Ti1.90.1Ni、Ti45Zr30Ni13Pd、Ti45Zr30Ni25Y、Ti45Zr35Ni17Cu、Ti45Zr38Ni17、Ti59Ni34等のチタン系合金;Mg2511Zn64等のマグネシウム系合金;Al63Cu25Fe12、Al70Cu20Fe10、Al86Mn14、Al56.1Cu10.2Li33.7、Al85.714.3、Al78.4Mn10.6Ru、Al80.4Mn19.6、Al78Re22、AlMn等のアルミニウム系合金;Sc16.2Cu12.3Zn71.5等のスカンジウム系合金;Zn59Mg31Ho10等の亜鉛系合金等が挙げられる。これらはいずれもIcosahedral型の準結晶相を有する合金であり、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。これらの合金のなかでも、Tiを主たる構成元素とするチタン系合金が、その優れた水素吸蔵能から好適に用いられ、Ti含有量が45at%以上のものがより好ましい。 Examples of the hydrogen storage alloy having the I phase include Ti 1.4 V 0.6 Ni, Ti 1.6 V 0.4 Ni, Ti 1.7 V 0.3 Ni, Ti 1.8 V 0. 2 Ni, Ti 1.9 V 0.1 Ni, Ti 45 Zr 30 Ni 13 Pd 7 , Ti 45 Zr 30 Ni 25 Y, Ti 45 Zr 35 Ni 17 Cu 3 , Ti 45 Zr 38 Ni 17 , Ti 59 Ni 34 titanium-based alloys such as V 7; Mg 25 Y 11 magnesium-based alloys such as Zn 64; Al 63 Cu 25 Fe 12, Al 70 Cu 20 Fe 10, Al 86 Mn 14, Al 56.1 Cu 10.2 Li 33. 7 , Al 85.7 V 14.3 , Al 78.4 Mn 10.6 Ru 4 , Al 80.4 Mn 19.6 , Al 78 Re 22 , Al 6 Mn, etc. Sc-based alloys such as Sc 16.2 Cu 12.3 Zn 71.5 ; zinc-based alloys such as Zn 59 Mg 31 Ho 10 and the like. These are all alloys having an Icosahedral type quasicrystalline phase, and may be used alone or in combination of two or more. Among these alloys, a titanium-based alloy containing Ti as a main constituent element is preferably used because of its excellent hydrogen storage capacity, and a Ti content of 45 at% or more is more preferable.

前記チタン系合金としては、安定性に優れていることから、Ti、Zr及びNiを構成元素とするTiZrNi系合金が広く用いられているが、TiZrNi系合金のZrの少なくとも一部がVに置換されたTiVNi系合金は、TiZrNi系合金より動的効果(活性)が高く、水素放出能に優れている。また、VはZrより安価であるので、TiVNi系合金はTiZrNi系合金よりコスト面でも有利である。このような少なくともTi、V及びNiを構成元素とするチタン系合金のなかでも、例えば、一般式TiNi(1.4≦x≦1.9、0.1≦y≦0.6、x+y=2)で表される組成を有する合金が好適に用いられる。 As the titanium-based alloy, TiZrNi-based alloys having Ti, Zr and Ni as constituent elements are widely used because of their excellent stability, but at least a part of Zr in the TiZrNi-based alloy is replaced with V. The TiVNi-based alloy thus produced has a higher dynamic effect (activity) than the TiZrNi-based alloy and is excellent in hydrogen releasing ability. Further, since V is less expensive than Zr, TiVNi-based alloys are more advantageous in terms of cost than TiZrNi-based alloys. Among such titanium-based alloys containing at least Ti, V and Ni as constituent elements, for example, the general formula Ti x V y Ni (1.4 ≦ x ≦ 1.9, 0.1 ≦ y ≦ 0.6) , X + y = 2) is preferably used.

前記I相を有する水素吸蔵合金におけるI相の含有量は、当該水素吸蔵合金中30〜70体積%であることが好ましい。I相の含有量が30体積%未満であると水素吸蔵量が充分となることがあり、一方、I相の含有量が70体積%を超えると、水素放出能が低下することがある。   The content of the I phase in the hydrogen storage alloy having the I phase is preferably 30 to 70% by volume in the hydrogen storage alloy. When the content of the I phase is less than 30% by volume, the hydrogen storage amount may be sufficient. On the other hand, when the content of the I phase exceeds 70% by volume, the hydrogen releasing ability may be lowered.

前記I相を有する水素吸蔵合金の製造方法としては特に限定されず、例えば、単ロール溶融紡糸法、双ロール溶融紡糸法、遠心噴霧法、REP法、回転液中紡糸法、ガスアトマイズ法等の溶融状態の合金を急冷する方法;機械的合金(メカニカルアロイング)法等の固相反応法;スパッタ法等の気相から形成する方法等が挙げられ、これらを適宜選択して用いることにより前記I相を有する水素吸蔵合金を製造することができる。   The method for producing the hydrogen storage alloy having the I phase is not particularly limited. For example, melting such as a single roll melt spinning method, a twin roll melt spinning method, a centrifugal spray method, a REP method, a spinning in a rotating liquid, and a gas atomizing method. A method of rapidly cooling an alloy in a state; a solid phase reaction method such as a mechanical alloying method; a method of forming from a gas phase such as a sputtering method, and the like. A hydrogen storage alloy having a phase can be produced.

前記AB型の結晶相を有する水素吸蔵合金としては特に限定されず、例えば、AB3.0〜AB3.8の組成で表されるものが挙がられ、このようなものとしては、例えば、一般式LaMg1−a−bNiM2(式中、0.3≦a≦0.65、0.15≦b≦0.3、2.5≦c≦3.8、3≦c+d≦3.8であり、M1は、La以外の希土類元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表し、M2は、希土類元素とNiとを除く遷移元素及びAlからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。)で表される組成を有する合金が挙げられる。 The hydrogen storage alloy having the AB 3 type crystal phase is not particularly limited, and examples thereof include those represented by the composition of AB 3.0 to AB 3.8 . General formula La a Mg b M 1-ab Ni c M2 d (where 0.3 ≦ a ≦ 0.65, 0.15 ≦ b ≦ 0.3, 2.5 ≦ c ≦ 3.8, 3 ≦ c + d ≦ 3.8, M1 represents at least one element selected from the group consisting of rare earth elements other than La, and M2 represents a transition element excluding rare earth elements and Ni and a group consisting of Al And an alloy having a composition represented by at least one selected element).

このような一般式で表される組成を有する合金としては、例えば、LaNdMg1−a−bNiAl3−c(0.60≦a≦0.65、0.10≦b≦0.12、2.5≦c<3)、LaNdMg1−a−bNi2.85CoSiAl1−c−d(0.50≦a≦0.52、0.25≦b≦0.30、0.60≦c≦0.70、0≦d≦0.10)、LaNdMg1−a−b−cNiCoSiAl(0.30≦a≦0.40、0.10≦b≦0.20、0.1≦c≦0.20、2.5≦d≦2.7、0.30≦e≦0.40、0≦f≦0.10、0≦g≦0.10)等が挙げられ、より具体的には、例えば、La0.65Nd0.12Mg0.23Ni2.9Al0.1、La0.52Nd0.30Mg0.18Ni2.85Co0.70Si0.10Al0.15、La0.4Nd0.20.2Mg0.2Ni2.7Co0.4Si0.1Al0.1等が挙げられる。これらの合金は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 As an alloy having such a composition represented by the general formula, for example, La a Nd b Mg 1-a-b Ni c Al 3-c (0.60 ≦ a ≦ 0.65, 0.10 ≦ b ≦ 0.12,2.5 ≦ c <3), La a Nd b Mg 1-a-b Ni 2.85 Co c Si d Al 1-c-d (0.50 ≦ a ≦ 0.52,0 .25 ≦ b ≦ 0.30, 0.60 ≦ c ≦ 0.70, 0 ≦ d ≦ 0.10), La a Nd b Y c Mg 1- abc c Ni d Co e Si f Al g (0.30 ≦ a ≦ 0.40, 0.10 ≦ b ≦ 0.20, 0.1 ≦ c ≦ 0.20, 2.5 ≦ d ≦ 2.7, 0.30 ≦ e ≦ 0.40 , 0 ≦ f ≦ 0.10,0 ≦ g ≦ 0.10) , and the like, more specifically, for example, La 0.65 Nd 0.12 Mg 0.23 Ni 2.9 Al 0.1 La 0.52 Nd 0.30 Mg 0.18 Ni 2.85 Co 0.70 Si 0.10 Al 0.15, La 0.4 Nd 0.2 Y 0.2 Mg 0.2 Ni 2.7 Co 0.4 Si 0.1 Al 0.1 etc. are mentioned. These alloys may be used independently and 2 or more types may be used together.

前記AB型の結晶相を有する水素吸蔵合金の製造方法としては特に限定されず、例えば、誘導浮遊溶解法、焼結法、急冷凝固法等が挙げられ、これらを適宜選択して用いることにより前記AB型の結晶相を有する水素吸蔵合金を製造することができる。 The method for producing the hydrogen storage alloy having the AB 3 type crystal phase is not particularly limited, and examples thereof include an induction floating melting method, a sintering method, a rapid solidification method, and the like. A hydrogen storage alloy having the AB 3 type crystal phase can be manufactured.

本発明に係る複合水素吸蔵合金は、I相を有する水素吸蔵合金にAB型の結晶相を有する水素吸蔵合金を添加し、これらを複合合金化することにより、得られた複合合金中でAB型の結晶相が原子状水素の移動を促進し、この結果、水素放出能を向上させることができる。このため、I相を有する水素吸蔵合金とAB型の結晶相を有する水素吸蔵合金とを含有する本発明に係る複合水素吸蔵合金は、I相を有する水素吸蔵合金単独よりも、放電容量が大きく、かつ、高率放電性能に優れている。 The composite hydrogen storage alloy according to the present invention is obtained by adding a hydrogen storage alloy having an AB 3 type crystal phase to a hydrogen storage alloy having an I phase, and converting them into a composite alloy. The type 3 crystal phase promotes the movement of atomic hydrogen, and as a result, the hydrogen releasing ability can be improved. Therefore, the composite hydrogen storage alloy according to the present invention containing the hydrogen storage alloy having the I phase and the hydrogen storage alloy having the AB 3 type crystal phase has a discharge capacity higher than that of the hydrogen storage alloy having the I phase alone. Large and excellent in high rate discharge performance.

本発明において、I相を有する水素吸蔵合金とAB型の結晶相を有する水素吸蔵合金との混合比としては、得られた複合水素吸蔵合金中AB型の結晶相を有する水素吸蔵合金の含有量が10〜30重量%となるように、I相を有する水素吸蔵合金にAB型の結晶相を有する水素吸蔵合金を添加して、これらを混合することが好ましい。前記AB型の結晶相を有する水素吸蔵合金の含有量が10重量%未満であると、水素放出能が不充分となることがあり、一方、AB型の結晶相を有する水素吸蔵合金の含有量が30重量%を超えても、それ以上の放電容量の改善効果は見込めず、また、その分I相を有する水素吸蔵合金の含有量が減少してしまうので、水素吸蔵能が不充分となることがある。 In the present invention, the mixing ratio of the hydrogen storage alloy having a hydrogen storage alloy and AB 3 type crystal phase having a phase I, the hydrogen storage alloy having the obtained composite hydrogen storage alloy AB 3 type crystal phase It is preferable to add a hydrogen storage alloy having an AB 3 type crystal phase to a hydrogen storage alloy having an I phase so that the content is 10 to 30% by weight and to mix them. If the content of the hydrogen storage alloy having the AB 3 type crystal phase is less than 10% by weight, the hydrogen releasing ability may be insufficient, while the hydrogen storage alloy having the AB 3 type crystal phase may be insufficient. Even if the content exceeds 30% by weight, no further improvement effect on the discharge capacity can be expected, and the content of the hydrogen storage alloy having the I phase is reduced accordingly, so that the hydrogen storage capacity is insufficient. It may become.

本発明に係る複合水素吸蔵合金の製造方法としては特に限定されず、例えば、それぞれ所定の組成になるように、単一ロール溶融紡糸法等を用いて製造されたI相を有する水素吸蔵合金と、誘導浮遊溶解法等を用いて製造されたAB型の結晶相を有する水素吸蔵合金とを、それぞれ機械的に粉砕し、微粉末化した後、所定の混合比で混ぜ合わせ、得られた混合物に対し機械的合金化処理を行うことにより、本発明に係る複合水素吸蔵合金を製造することができる。 The method for producing a composite hydrogen storage alloy according to the present invention is not particularly limited. For example, a hydrogen storage alloy having an I phase manufactured by using a single roll melt spinning method or the like so as to have a predetermined composition. The hydrogen storage alloy having the AB 3 type crystal phase produced by using the induction suspension method or the like was mechanically pulverized and pulverized, and then mixed at a predetermined mixing ratio. The composite hydrogen storage alloy according to the present invention can be manufactured by subjecting the mixture to mechanical alloying treatment.

なお、本発明に係る複合水素吸蔵合金、及び、その原料であるI相を有する水素吸蔵合金とAB型の結晶相を有する水素吸蔵合金とにおける、準結晶相又は結晶相の存在は、例えば、X線回折法(XRD)や透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて確認することができる。 The presence of the quasicrystalline phase or the crystalline phase in the composite hydrogen storage alloy according to the present invention, and the hydrogen storage alloy having the I phase as the raw material and the hydrogen storage alloy having the AB 3 type crystal phase is, for example, This can be confirmed using an X-ray diffraction method (XRD) or a transmission electron microscope (TEM).

本発明に係る複合水素吸蔵合金の用途としては特に限定されず、ニッケル水素蓄電池、燃料電池、水素自動車用の燃料用タンク等をはじめ、様々な用途に適用することが可能であるが、なかでも、ニッケル水素蓄電池の負極活物質に好適に用いられる。このように本発明に係る複合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もまた、本発明の1つである。   The use of the composite hydrogen storage alloy according to the present invention is not particularly limited and can be applied to various uses including nickel-metal hydride storage batteries, fuel cells, fuel tanks for hydrogen automobiles, etc. It is suitably used as a negative electrode active material for nickel-metal hydride storage batteries. Thus, the nickel metal hydride storage battery provided with the negative electrode containing the composite hydrogen storage alloy according to the present invention is also one aspect of the present invention.

本発明に係るニッケル水素蓄電池は、例えば、本発明に係る複合水素吸蔵合金を負極活物質として含有する負極に加えて、更に、水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質を含有する正極(ニッケル電極)、セパレータ、及び、アルカリ電解液等を備えているものである。   The nickel metal hydride storage battery according to the present invention includes, for example, a positive electrode (nickel) containing a positive electrode active material mainly composed of nickel hydroxide in addition to a negative electrode containing the composite hydrogen storage alloy according to the present invention as a negative electrode active material. Electrode), a separator, an alkaline electrolyte, and the like.

前記負極は、本発明に係る複合水素吸蔵合金が負極活物質として配合されているものである。本発明に係る複合水素吸蔵合金は、例えば、粉末化された複合水素吸蔵合金粉末として負極中に配合される。   The negative electrode is one in which the composite hydrogen storage alloy according to the present invention is blended as a negative electrode active material. The composite hydrogen storage alloy which concerns on this invention is mix | blended in a negative electrode as powdered composite hydrogen storage alloy powder, for example.

前記複合水素吸蔵合金粉末の平均粒径は、20〜100μmであることが好ましく、より好ましくは40〜70μmである。平均粒径が20μm未満であると、合金の活性化が不充分となり、一方、平均粒径が100μmを超えると、生産性が低下することがある。前記複合水素吸蔵合金粉末は、例えば、不活性ガスの存在下に、本発明に係る複合水素吸蔵合金を機械で粉砕すること等により得られる。   The composite hydrogen storage alloy powder preferably has an average particle size of 20 to 100 μm, more preferably 40 to 70 μm. When the average particle size is less than 20 μm, the activation of the alloy becomes insufficient, while when the average particle size exceeds 100 μm, the productivity may be lowered. The composite hydrogen storage alloy powder is obtained, for example, by pulverizing the composite hydrogen storage alloy according to the present invention with a machine in the presence of an inert gas.

前記負極は、前記複合水素吸蔵合金粉末に加えて、導電剤、結着剤(増粘剤)等を含有していてもよい。   The negative electrode may contain a conductive agent, a binder (thickening agent) and the like in addition to the composite hydrogen storage alloy powder.

前記導電剤としては、例えば、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、気相成長炭素等の炭素系導電剤;ニッケル、コバルト、銅等の金属の粉末や繊維等からなる金属系導電剤;酸化イットリウム等が挙げられる。これらの導電剤は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。   Examples of the conductive agent include natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite, earth-like graphite, etc.), artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon whisker, carbon fiber, vapor-grown carbon, etc. Examples thereof include metal-based conductive agents; metal-based conductive agents composed of powders or fibers of metals such as nickel, cobalt, and copper; yttrium oxide. These electrically conductive agents may be used independently and 2 or more types may be used together.

前記導電剤の配合量は、前記複合水素吸蔵合金粉末100質量部に対して、0.1〜10質量部であることが好ましく、より好ましくは0.2〜5質量部である。前記導電剤の配合量が0.1質量部未満であると、充分な導電性を得ることが難しく、一方、前記導電剤の配合量が10質量部を超えると、放電容量の向上効果が不充分となることがある。   The blending amount of the conductive agent is preferably 0.1 to 10 parts by mass, more preferably 0.2 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite hydrogen storage alloy powder. If the blending amount of the conductive agent is less than 0.1 parts by mass, it is difficult to obtain sufficient conductivity. May be sufficient.

前記結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルフォン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、キサンタンガム等が挙げられる。これらの結着剤は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。   Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), and fluorine rubber. , Polyvinyl alcohol, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, xanthan gum and the like. These binders may be used independently and 2 or more types may be used together.

前記結着剤の配合量は、前記複合水素吸蔵合金粉末100質量部に対して、0.1〜0.5質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1〜0.3質量部である。前記結着剤の配合量が0.1質量部未満であると、充分な増粘性が得られにくく、一方、前記結着剤の配合量が0.5質量部を超えると、電極の性能が低下してしまうことがある。   The amount of the binder is preferably 0.1 to 0.5 parts by mass, more preferably 0.1 to 0.3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite hydrogen storage alloy powder. is there. When the blending amount of the binder is less than 0.1 parts by mass, sufficient thickening is difficult to be obtained. On the other hand, when the blending amount of the binder exceeds 0.5 parts by mass, the performance of the electrode is improved. May fall.

前記正極としては、例えば、主成分である水酸化ニッケルに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が正極活物質として配合された電極等が挙げられる。当該水酸化ニッケル複合酸化物としては、共沈法によって均一分散されたものが好適に用いられる。   Examples of the positive electrode include an electrode in which a nickel hydroxide composite oxide obtained by mixing zinc hydroxide or cobalt hydroxide with nickel hydroxide as a main component is blended as a positive electrode active material. As the nickel hydroxide composite oxide, those uniformly dispersed by a coprecipitation method are preferably used.

前記正極は、前記水酸化ニッケル複合酸化物に加えて電極性能を改善するための添加剤を含有していることが好ましい。前記添加剤としては、例えば、水酸化コバルト、酸化コバルト等の導電改質剤が挙げられ、また、前記水酸化ニッケル複合酸化物に水酸化コバルトがコートされたものや、前記水酸化ニッケル複合酸化物の一部が、酸素又は酸素含有気体、K、次亜塩素酸等によって酸化されていてもよい。 The positive electrode preferably contains an additive for improving electrode performance in addition to the nickel hydroxide composite oxide. Examples of the additive include conductive modifiers such as cobalt hydroxide and cobalt oxide, and the nickel hydroxide composite oxide coated with cobalt hydroxide, and the nickel hydroxide composite oxide. Part of the product may be oxidized with oxygen or oxygen-containing gas, K 2 S 2 O 8 , hypochlorous acid, or the like.

前記添加剤としては、また、Y、Yb等の希土類元素を含む化合物や、Ca化合物等の酸素過電圧を向上させる物質を用いることもできる。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。   As the additive, a compound containing a rare earth element such as Y or Yb, or a substance that improves oxygen overvoltage such as a Ca compound can also 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.

前記正極は、更に、前記負極と同様に、上述の導電剤、結着剤等を含有していてもよい。   The positive electrode may further contain the above-described conductive agent, binder and the like, similarly to the negative electrode.

このような正極及び負極は、各活物質に、必要に応じて上述の導電剤、結着剤等を加えた上で、これらを水又はアルコールやトルエン等の有機溶媒と共に混練して得られたペーストを、導電性支持体に塗布し、乾燥させた後、圧延成形すること等により製造することができる。   Such a positive electrode and a negative electrode were obtained by kneading these with water or an organic solvent such as alcohol or toluene after adding the above-mentioned conductive agent, binder, or the like to each active material as necessary. The paste can be produced by applying it to a conductive support and drying it, followed by rolling.

前記導電性支持体としては、例えば、鋼板、鋼板にニッケル等の金属材料からなるメッキが施されたメッキ鋼板等が挙げられる。前記導電性支持体の形状としては、例えば、発泡体、繊維群の成形体、凹凸加工を施した3次元基材;パンチング板等の2次元基材が挙げられる。これらの導電性支持体のうち、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からなる発泡体が好ましい。一方、負極用としては、安価で、かつ、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。   Examples of the conductive support include a steel plate and a plated steel plate obtained by plating a steel plate with a metal material such as nickel. Examples of the shape of the conductive support include a foam, a molded product of a fiber group, a three-dimensional base material subjected to unevenness processing, and a two-dimensional base material such as a punching plate. Of these conductive supports, for the positive electrode, a foam made of nickel having excellent corrosion resistance and oxidation resistance with respect to alkali and having a porous structure having a current collecting property is preferable. On the other hand, for a negative electrode, a punching plate obtained by applying nickel plating to an iron foil that is inexpensive and excellent in conductivity is preferable.

前記導電性支持体の厚さは、30〜100μmであることが好ましく、より好ましくは40〜70μmである。前記導電性支持体の厚さが30μm未満であると、生産性が低下することがあり、一方、前記導電性支持体の厚さが100μmを超えると、放電容量が不充分となることがある。   The thickness of the conductive support is preferably 30 to 100 μm, more preferably 40 to 70 μm. When the thickness of the conductive support is less than 30 μm, the productivity may be reduced. On the other hand, when the thickness of the conductive support exceeds 100 μm, the discharge capacity may be insufficient. .

前記導電性支持体が多孔性のものである場合、その内径は、0.8〜2μmであることが好ましく、より好ましくは1〜1.5μmである。内径が0.8μm未満であると、生産性が低下することがあり、一方、内径が2μmを超えると、水素吸蔵合金の保持性能が不充分となることがある。   When the conductive support is porous, the inner diameter is preferably 0.8 to 2 μm, more preferably 1 to 1.5 μm. If the inner diameter is less than 0.8 μm, the productivity may be lowered. On the other hand, if the inner diameter exceeds 2 μm, the holding performance of the hydrogen storage alloy may be insufficient.

前記導電性支持体への各電極用ペーストの塗布方法としては、例えば、アプリケーターロール等を用いた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が挙げられる。   Examples of a method for applying each electrode paste to the conductive support include roller coating using an applicator roll and the like, screen coating, blade coating, spin coating, and per coating.

前記セパレータとしては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、アクリル、ポリアミド等を材料とする多孔膜や不織布等が挙げられる。   Examples of the separator include a porous film and a nonwoven fabric made of a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, acrylic, polyamide, or the like.

前記セパレータの目付は、40〜100g/mであることが好ましい。目付が40g/m未満であると、短絡や自己放電性能の低下が起こることがあり、一方、目付が100g/m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。また、前記セパレータの通気度は、1〜50cm/secであることが好ましい。通気度が1cm/sec未満であると、電池内圧が高くなりすぎることがあり、一方、通気度が50cm/secを超えると、短絡や自己放電性能の低下が起こることがある。更に、前記セパレータの平均繊維径は、1〜20μmであることが好ましい。平均繊維径が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ことがあり、一方、20μmを超えると、平均繊維径が短絡や自己放電性能の低下が起こることがある。 The basis weight of the separator is preferably 40 to 100 g / m 2 . If the basis weight is less than 40 g / m 2 , a short circuit or a decrease in self-discharge performance may occur. On the other hand, if the basis weight exceeds 100 g / m 2 , the proportion of the separator per unit volume increases. Tend to go down. The separator preferably has an air permeability of 1 to 50 cm / sec. If the air permeability is less than 1 cm / sec, the internal pressure of the battery may be too high. On the other hand, if the air permeability exceeds 50 cm / sec, a short circuit or a decrease in self-discharge performance may occur. Furthermore, the average fiber diameter of the separator is preferably 1 to 20 μm. If the average fiber diameter is less than 1 μm, the strength of the separator may decrease, and the defect rate in the battery assembly process may increase. On the other hand, if the average fiber diameter exceeds 20 μm, the average fiber diameter may cause a short circuit or a decrease in self-discharge performance. Sometimes.

前記セパレータは、その繊維表面に親水化処理が施されていることが好ましい。当該親水化処理としては、例えば、スルフォン化処理、コロナ処理、フッ素ガス処理、プラズマ処理等が挙げられる。なかでも、繊維表面にスルフォン化処理が施されたセパレータは、シャトル現象を引き起こすNO 、NO 、NH 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 is preferably subjected to a hydrophilic treatment on the fiber surface. Examples of the hydrophilization treatment include sulfonation treatment, corona treatment, fluorine gas treatment, and plasma treatment. Among them, the separator whose fiber surface has been sulfonated has a high ability to adsorb impurities such as NO 3 , NO 2 , NH 3 − and the like, which cause a shuttle phenomenon, and an elution element from the negative electrode. The suppression effect is high and preferable.

前記アルカリ電解液としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等を含有するアルカリ性の水溶液が挙げられる。前記アルカリ電解液は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。   Examples of the alkaline electrolyte include alkaline aqueous solutions containing potassium hydroxide, sodium hydroxide, lithium hydroxide and the like. The said alkaline electrolyte may be used independently and 2 or more types may be used together.

前記アルカリ電解液の濃度は、イオン濃度の合計が9.0mol/L以下であるものが好ましく、5.0〜8.0mol/Lであるものがより好ましい。   The concentration of the alkaline electrolyte is preferably a total ion concentration of 9.0 mol / L or less, more preferably 5.0 to 8.0 mol / L.

前記アルカリ電解液には、正極での酸素過電圧向上、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してもよい。このような添加剤としては、例えば、イットリウム、イッテルビウム、エルビウム、カルシウム、亜鉛等の酸化物や水酸化物等が挙げられる。これらの添加剤は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。   Various additives may be added to the alkaline electrolyte in order to improve oxygen overvoltage at the positive electrode, improve corrosion resistance of the negative electrode, and improve self-discharge. Examples of such additives include oxides and hydroxides such as yttrium, ytterbium, erbium, calcium, and zinc. These additives may be used independently and 2 or more types may be used together.

本発明に係る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、当該電池は、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電極を固定した状態で、アルカリ電解液を注液し、開放形セルを組み立てることにより製造することができる。   When the nickel-metal hydride storage battery according to the present invention is an open-type nickel-metal hydride storage battery, for example, the battery is sandwiched between a negative electrode and a positive electrode via a separator, and the electrodes are fixed so that a predetermined pressure is applied to these electrodes. It can be produced by injecting an alkaline electrolyte and assembling an open cell.

一方、本発明に係る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、当該電池は、正極、セパレータ及び負極を積層する前又は後に、アルカリ電解液を注液し、外装材で封止することにより製造することができる。また、正極と負極とが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、前記発電要素を巻回する前又は後に、アルカリ電解液を発電要素に注液するのが好ましい。アルカリ電解液の注液法としては特に限定されず、常圧で注液してもよいが、例えば、真空含浸法、加圧含浸法、遠心含浸法等を用いてもよい。また、密閉型ニッケル水素蓄電池の外装材としては、例えば、鉄、ニッケル等の金属材料からなるメッキが施された鉄、ステンレススチール、ポリオレフィン系樹脂等からなるものが挙げられる。   On the other hand, when the nickel-metal hydride storage battery according to the present invention is a sealed nickel-metal hydride storage battery, the battery is injected with an alkaline electrolyte before or after the positive electrode, the separator, and the negative electrode are stacked, and sealed with an exterior material. Can be manufactured. Further, 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 a separator is wound, an alkaline electrolyte is injected into the power generation element before or after the power generation element is wound. Is preferred. The method of injecting the alkaline electrolyte is not particularly limited, and may be injected at normal pressure. For example, a vacuum impregnation method, a pressure impregnation method, a centrifugal impregnation method, or the like may be used. Moreover, as an exterior material of a sealed nickel-metal hydride storage battery, for example, a material made of iron, stainless steel, polyolefin resin, or the like plated with a metal material such as iron or nickel can be cited.

前記密閉型ニッケル水素蓄電池の態様としては特に限定されず、例えば、コイン電池、ボタン電池、角型電池、扁平型電池等の正極、負極及び単層又は複層のセパレータを備えた電池や、ロール状の正極、負極及びセパレータを備えた円筒型電池等が挙げられる。   The embodiment of the sealed nickel-metal hydride storage battery is not particularly limited. For example, a battery including a positive electrode such as a coin battery, a button battery, a square battery, and a flat battery, a negative electrode, and a single-layer or multi-layer separator, a roll And a cylindrical battery including a positive electrode, a negative electrode and a separator.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.

<試験方法>
幅2.5mm×厚さ35μmのTi1.40.6Ni合金の帯状体を、アルゴン雰囲気下において、単ロール溶融紡糸法を用いて調製した。このときの銅輪の周速は34m/sであった。La0.65Nd0.12Mg0.23Ni2.9Al0.1の組成を有するAB型合金は、アルゴン雰囲気下において、誘導浮遊溶解法を用いて調製した。Ti1.40.6Ni合金とAB型合金のサンプルを、機械的に粉砕し、200〜400メッシュの粉末にまで細かくし、80重量%のTi1.40.6Ni合金と20重量%のAB型合金との粉末混合物に対し、高エネルギーボールミルによる30分間の機械的合金化処理を行った。調製された複合合金の帯状体の相は、X線回折法(XRD)により調べられ、微少構造は透過型電子顕微鏡(TEM)により調べられた。
<Test method>
A strip of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy having a width of 2.5 mm and a thickness of 35 μm was prepared using a single roll melt spinning method in an argon atmosphere. The peripheral speed of the copper wheel at this time was 34 m / s. An AB 3 type alloy having a composition of La 0.65 Nd 0.12 Mg 0.23 Ni 2.9 Al 0.1 was prepared using an induction floating dissolution method in an argon atmosphere. Samples of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy and AB type 3 alloy are mechanically pulverized and ground to 200-400 mesh powder, 80 wt% Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy And a 20% by weight AB 3 type alloy powder mixture were subjected to a mechanical alloying treatment for 30 minutes with a high energy ball mill. The phase of the band of the prepared composite alloy was examined by X-ray diffraction (XRD), and the microstructure was examined by transmission electron microscope (TEM).

調製された複合合金の粉末をカルボニルニッケル粉末と重量比1:5で混ぜて、負極を作製した。得られた粉末混合物に15MPaの圧力を加えて、直径10mmで厚さ1.5mmの小型のペレットに圧縮した。電気化学的測定のために、6MのKOHの電解液中で、Ni(OH)/NiOOH電極を対極として用い、Hg/HgO電極を参照極として用い、作用極を用いて、半電池を作製した。電気化学的試験は、自動定電流充電・放電装置(DC−5)を用いて303Kで行った。負極は、60mA/gで6時間充電し、終止電圧−0.6V(対Hg/HgO)まで30mA/gで放電した。充放電ごとに、5分間休止したソラルトン1287ポテンシオスタット/ガルバノスタットと、ウインドウズ用のZ−PLOTソフトウェアが搭載されたソラルトン1255B周波数応答解析器とを使用して、50%深度の放電(DOD)で、電気化学インピーダンス分光(EIS)分析を行った。この試験では、所定の電極において水素が拡散する効果を評価するために、定電圧放電法を選択した。開回路30分に続くフル充電を行った後で、試験用電極を、M352腐食ソフトウェアを使って、EG&G PARCモデル273ポテンシオスタット/ガルバノスタットにより、+500mVのポテンシャルステップで3600秒間放電した。 The prepared composite alloy powder was mixed with carbonyl nickel powder at a weight ratio of 1: 5 to prepare a negative electrode. A pressure of 15 MPa was applied to the obtained powder mixture to compress it into small pellets having a diameter of 10 mm and a thickness of 1.5 mm. For electrochemical measurement, a half-cell was fabricated using a Ni (OH) 2 / NiOOH electrode as a counter electrode, a Hg / HgO electrode as a reference electrode, and a working electrode in an electrolyte solution of 6 M KOH. did. The electrochemical test was conducted at 303K using an automatic constant current charging / discharging device (DC-5). The negative electrode was charged at 60 mA / g for 6 hours and discharged at 30 mA / g to a final voltage of −0.6 V (vs. Hg / HgO). 50% depth discharge (DOD) using a Solarton 1287 Potentiostat / Galvanostat paused for 5 minutes per charge / discharge and a Solarton 1255B frequency response analyzer with Z-PLOT software for Windows Then, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis was performed. In this test, the constant voltage discharge method was selected to evaluate the effect of hydrogen diffusion at a given electrode. After a full charge following an open circuit 30 minutes, the test electrodes were discharged with a potential step of +500 mV for 3600 seconds with an EG & G PARC model 273 potentiostat / galvanostat using M352 corrosion software.

<結果>
(1)相構造
図1は、AB型合金、Ti1.40.6Ni合金、及び、それらの複合合金のXRDパターンを示すものである。AB型合金は図1(a)に示され、当該合金が主に、PuNi型の表面体晶構造(空間グループR3m)を有する(La、Mg)Ni相と、CaCu系の六方晶系構造(空間グループP6/mmm)を有するLaNi相からなることが観察された。Ti1.40.6Ni合金に対応する図1(b)の回折ピークは、I相と、TiNi型の面心立方格子構造(FCC)相と、体心立方格子構造(BCC)固溶体相を示した。Ti1.40.6Ni合金とAB型合金との混合物をボールミルにより粉砕した後(図1(c))では、結晶格子の異方性が拡大した結果、(La、Mg)Ni相とLaNi相の回折ピークは明らかにブロードになった。
<Result>
(1) Phase structure FIG. 1 shows XRD patterns of AB type 3 alloy, Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy, and composite alloys thereof. The AB 3 type alloy is shown in FIG. 1 (a), and the alloy mainly includes a (La, Mg) Ni 3 phase having a PuNi 3 type surface body crystal structure (space group R3m) and a hexagonal CaCu 5 system. It was observed to consist of LaNi 5 phase with a crystal structure (space group P6 / mmm). The diffraction peaks in FIG. 1B corresponding to the Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy are the I phase, the Ti 2 Ni type face centered cubic lattice structure (FCC) phase, and the body centered cubic lattice structure (BCC). ) Showed a solid solution phase. After the mixture of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy and AB 3 type alloy was pulverized by a ball mill (FIG. 1 (c)), the anisotropy of the crystal lattice was increased, resulting in (La, Mg) Ni. The diffraction peaks of the 3 phase and the LaNi 5 phase were clearly broad.

図2(a)は、典型的な成長形態とI相の小塊の存在を示す明視野像である。I相の点群対称性と結晶性のBCC相に関しては、図2(b)及び図2(c)に示すように、期待された5倍及び通常の電子回折パターン(001)がそれぞれ観察された。(La、Mg)Ni相、LaNi相及びTiNi型FCC相に対応する電子回折パターンは観察されなかったものの、XRD結果(図1)は、明らかに複合合金サンプル中におけるそれらの相の存在を示した。異なった条件下で液体から形成される他の結晶相も、通常、このようにサンプルの異なった領域に沈殿するので、この現象は起こり得ることである。 FIG. 2 (a) is a bright field image showing typical growth morphology and the presence of I-phase nodules. For the point group symmetry and crystalline BCC phase of the I phase, the expected fivefold and normal electron diffraction patterns (001) are observed, respectively, as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c). It was. Although electron diffraction patterns corresponding to (La, Mg) Ni 3 phase, LaNi 5 phase and Ti 2 Ni type FCC phase were not observed, the XRD results (FIG. 1) clearly show their phases in the composite alloy sample. The presence of This phenomenon can occur because other crystalline phases formed from liquids under different conditions usually precipitate in different regions of the sample in this way.

(2)放電容量及び安定性
図3は、Ti1.40.6Ni合金からなる負極と、Ti1.40.6Ni合金とAB型合金との複合合金からなる負極との、サイクル回数と放電容量との相関を示すグラフである。放電容量はAB型合金の添加により著しく改善した。放電容量は、AB型合金を添加しなかったときは、2回目のサイクルで272.7mAh/gの最高値に達し、より高い水素吸蔵特性(340mAh/g)を有するAB型合金を加えることにより増加し、AB型合金を20重量%加えた後では、1回目のサイクルで294.7mAh/gの最高値に達した。これは、複合水素吸蔵合金電極中においてAB型合金とTi1.40.6Ni合金との間に相乗効果があることを示す。しかし、AB型合金を30重量%加えても、それ以上の放電容量の改善効果は見られなかった。
(2) discharge capacity and stability Figure 3, a negative electrode consisting of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy, a negative electrode comprising a composite alloy of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy and AB 3 type alloys It is a graph which shows the correlation of the number of cycles of this, and discharge capacity. The discharge capacity was significantly improved by the addition of AB type 3 alloy. When no AB 3 type alloy is added, the discharge capacity reaches the highest value of 272.7 mAh / g in the second cycle, and an AB 3 type alloy having higher hydrogen storage properties (340 mAh / g) is added. After adding 20% by weight of AB 3 type alloy, the maximum value of 294.7 mAh / g was reached in the first cycle. This indicates that there is a synergistic effect between the AB 3 type alloy and the Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy in the composite hydrogen storage alloy electrode. However, even when AB 3 type alloy was added in an amount of 30% by weight, no further improvement in the discharge capacity was observed.

(3)高率放電性能及び動的特性
Ti1.40.6Ni合金からなる負極(a)と、及び、Ti1.40.6Ni合金とAB型合金との複合体からなる負極(b)との高率放電性能(HRD)を、表1に示した。
(3) and the negative electrode (a) made of high-rate discharge performance and dynamic properties Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy, and a complex of the Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy and AB 3 type alloys Table 1 shows the high rate discharge performance (HRD) with the negative electrode (b) made of

表1に示す結果より、Ti1.40.6Ni合金とAB型合金との複合体からなる電極(b)は、Ti1.40.6Ni合金からなる電極(a)より、優れた高率放電性能を有することが分かった。金属水素化物(MH)電極のHRDは、主に、電極/電解液界面で起こる電荷移動反応と、電極中での水素の拡散速度とに影響を受けることが知られている。 From the results shown in Table 1, an electrode (b) made of a composite of a Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy and an AB 3 type alloy is an electrode (a) made of a Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy. As a result, it was found that it has excellent high rate discharge performance. It is known that the HRD of a metal hydride (MH) electrode is mainly influenced by the charge transfer reaction occurring at the electrode / electrolyte interface and the diffusion rate of hydrogen in the electrode.

Ti1.40.6Ni合金とAB型合金との複合体からなる電極と、Ti1.40.6Ni合金からなる電極の電気化学的反応速度を評価するために、電気化学インピーダンスとポテンシャルステップとのスペクトルを測定した。50%DODでの両電極サンプルの電気化学インピーダンスのスペクトルを図4に示す。いずれのEISカーブも、直線へ続く2つの円弧からなることが分かった。 In order to evaluate the electrochemical reaction rate of an electrode composed of a composite of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy and AB 3 type alloy and an electrode composed of Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy, The spectra of chemical impedance and potential step were measured. The electrochemical impedance spectrum of both electrode samples at 50% DOD is shown in FIG. Both EIS curves were found to consist of two arcs following a straight line.

栗山らにより提案された分析モデル(J. Alloys. Compd. 202(1993)183-197参照)によれば、中周波数領域における比較的大きな円弧は、表面における電気化学反応に対する電荷移動抵抗を表し、ここで、Rは電解質抵抗であり、RとCとはそれぞれ、集電体と合金ペレットとの間の接触抵抗と接触キャパシタンスとされる。合金ペレット中の合金粉末間の接触抵抗と接触キャパシタンスはそれぞれ、RとCで表される。RctとCとはそれぞれ、電荷移動抵抗と二層キャパシタンスを示す。Woはワールブルグ抵抗である。図5に示す等価回路に基づいて、電荷移動抵抗Rctを、フィッテイングプログラムZ−VIEWによって得た。 According to the analytical model proposed by Kuriyama et al. (See J. Alloys. Compd. 202 (1993) 183-197), a relatively large arc in the medium frequency region represents the charge transfer resistance to the electrochemical reaction at the surface, Here, R 1 is an electrolyte resistance, and R 2 and C 1 are a contact resistance and a contact capacitance between the current collector and the alloy pellet, respectively. Contact resistance and contact capacitance between the alloy powders in the alloy pellet are represented by R 3 and C 2 , respectively. Each Rct and a C 3, showing the charge transfer resistance and the double layer capacitance. Wo is the Warburg resistance. Based on the equivalent circuit shown in FIG. 5, the charge transfer resistance Rct was obtained by the fitting program Z-VIEW.

計算結果によれば、合金電極のRctは0.148Ω(b)から0.218Ω(a)に増加した。電荷移動抵抗と交換電流密度は、電気触媒活性により決まることは良く知られている。AB型合金を加えた後のTi1.40.6Ni合金電極は、Rctが減少した。しかし、電気化学インピーダンス測定の結果はHRDの結果とは異なっており、表面電荷移動が律速段階ではないことが示唆された。 According to the calculation result, the Rct of the alloy electrode increased from 0.148Ω (b) to 0.218Ω (a). It is well known that charge transfer resistance and exchange current density are determined by electrocatalytic activity. The Ti 1.4 V 0.6 Ni alloy electrode after the addition of AB 3 type alloy had a reduced Rct. However, the result of electrochemical impedance measurement is different from the result of HRD, suggesting that surface charge transfer is not the rate-determining step.

バルク電極の水素拡散係数は、ポテンシャルステップ法により求められた。図6は、電流時間応答に対するアノード電流の片対数プロットが、スペクトルから明らかに、過電圧を印加した後3つの時間領域に分かれうることを示している。Zhengらのモデル(J. Electrochem. Soc. 142(1995)2695-2699参照)によれば、水素の拡散速度を特定するために用いられるバルク電極における水素拡散係数は、下記式に対応するプロットの直線領域の傾きから算出される。   The hydrogen diffusion coefficient of the bulk electrode was determined by the potential step method. FIG. 6 shows that the semi-log plot of anode current versus current time response can clearly be divided into three time domains after applying an overvoltage, from the spectrum. According to the model of Zheng et al. (See J. Electrochem. Soc. 142 (1995) 2695-2699), the hydrogen diffusion coefficient at the bulk electrode used to determine the hydrogen diffusion rate is shown in the plot corresponding to Calculated from the slope of the linear region.

式中、Dは水素拡散係数(cm/s)であり、aは球状粒子の半径(cm)であり、iは拡散電流密度(A/g)であり、Cはバルク電極の初期水素濃度(mol/cm)であり、Csは合金粒子の表面の水素濃度(mol/cm)であり、dは水素吸蔵物質の密度(g/cm)であり、tは放電時間である。平均粒径が15μmであると仮定した場合のバルク電極における水素拡散係数Dを、式(1)により算出し、表2に示した。 Where D is the hydrogen diffusion coefficient (cm 2 / s), a is the radius (cm) of the spherical particles, i is the diffusion current density (A / g), and C 0 is the initial hydrogen of the bulk electrode. The concentration (mol / cm 3 ), Cs is the hydrogen concentration (mol / cm 3 ) on the surface of the alloy particles, d is the density (g / cm 3 ) of the hydrogen storage material, and t is the discharge time. . The hydrogen diffusion coefficient D in the bulk electrode when the average particle diameter is assumed to be 15 μm was calculated by the formula (1) and shown in Table 2.

表2に示す結果より、D値は、Ti1.40.6Ni+AB(b)>Ti1.40.6Ni(a)の順であり、放電能力が高い順番と一致した。このことは、電気化学的反応を制御するに際して、拡散プロセスが優勢であることを示唆している。上述のとおり、AB型合金が原子状水素の移動を促進し、電気化学的反応速度の向上に有効であると思われる。 From the results shown in Table 2, the D value is in the order of Ti 1.4 V 0.6 Ni + AB 3 (b)> Ti 1.4 V 0.6 Ni (a), which is consistent with the order of high discharge capacity. . This suggests that the diffusion process is dominant in controlling the electrochemical reaction. As described above, it is considered that the AB type 3 alloy promotes the movement of atomic hydrogen and is effective in improving the electrochemical reaction rate.

Claims (5)

I相を有する水素吸蔵合金とAB型の結晶相を有する水素吸蔵合金とを含有することを特徴とする複合水素吸蔵合金。 A composite hydrogen storage alloy comprising a hydrogen storage alloy having an I phase and a hydrogen storage alloy having an AB 3 type crystal phase. 前記AB型の結晶相を有する水素吸蔵合金を10〜30重量%含有する請求項1記載の複合水素吸蔵合金。 2. The composite hydrogen storage alloy according to claim 1, comprising 10 to 30% by weight of the hydrogen storage alloy having the AB 3 type crystal phase. 前記I相を有する水素吸蔵合金が、少なくともTiを構成元素とするものである請求項1又は2記載の複合水素吸蔵合金。   The composite hydrogen storage alloy according to claim 1 or 2, wherein the hydrogen storage alloy having the I phase contains at least Ti as a constituent element. 前記I相を有する水素吸蔵合金が、少なくともTi、V及びNiを構成元素とするものである請求項1、2又は3記載の複合水素吸蔵合金。   The composite hydrogen storage alloy according to claim 1, 2 or 3, wherein the hydrogen storage alloy having the I phase contains at least Ti, V and Ni as constituent elements. 請求項1、2、3又は4記載の複合水素吸蔵合金を含有する負極を備えていることを特徴とするニッケル水素蓄電池。   A nickel-metal hydride storage battery comprising a negative electrode containing the composite hydrogen storage alloy according to claim 1, 2, 3 or 4.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015537119A (en) * 2012-11-16 2015-12-24 ビーエーエスエフ バッテリー マテリアルズ−オヴォニック Hydrogen storage alloy and negative electrode and Ni metal hydride battery using them
CN105478746A (en) * 2015-12-08 2016-04-13 艾瑞福斯特(北京)技术开发有限公司 Heat-resisting aluminum alloy powder for engine

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103031481A (en) * 2012-12-18 2013-04-10 中国科学院长春应用化学研究所 Quasicrystal complex phase hydrogen storage alloy containing magnesium, titanium, vanadium and nickel and preparation method thereof
CN103894602B (en) * 2012-12-27 2017-02-08 北京有色金属研究总院 Surface treatment method for improving cycle life of rare earth magnesium based hydrogen storage alloy
CN103367817B (en) * 2013-07-12 2016-05-18 深圳市量能科技有限公司 A kind of Ni-MH battery and manufacture method thereof of exempting from formation process
CN104294084B (en) * 2014-09-28 2017-04-26 长春理工大学 Lithium-containing high entropy change Ti standard crystal hydrogen storage alloy and preparation method thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1315209C (en) * 2005-04-30 2007-05-09 中国科学院长春应用化学研究所 Fast charging type hydrogen storage alloy electrode material and preparing process thereof
CN100469916C (en) * 2007-04-02 2009-03-18 安徽工业大学 Method for producing magnesium-based hydrogen-storing alloy and composite material by laser sintering

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015537119A (en) * 2012-11-16 2015-12-24 ビーエーエスエフ バッテリー マテリアルズ−オヴォニック Hydrogen storage alloy and negative electrode and Ni metal hydride battery using them
CN105478746A (en) * 2015-12-08 2016-04-13 艾瑞福斯特(北京)技术开发有限公司 Heat-resisting aluminum alloy powder for engine

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