JP2966500B2 - 水素吸蔵合金の化成方法 - Google Patents

水素吸蔵合金の化成方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、可逆的に水素を吸蔵,放出する水素吸蔵合
金の化成方法に関する。
従来の技術 従来からよく用いられる蓄電池としては、鉛電池及び
ニッケル−カドミウム電池がある。しかし、近年、これ
ら電池より軽量で且つ高容量となる可能性があるという
ことで、特に低圧で負極活物質である水素を可逆的に吸
蔵及び放出することのできる水素吸蔵合金を備えた電極
を負極に用い、水酸化ニッケルなどの金属酸化物を正極
活物質とする電極を正極に用いた金属−水素アルカリ蓄
電池が注目されている。
ところで、上記金属−水素アルカリ蓄電池において
は、電池の充放電サイクル初期の充電において水素を十
分吸蔵することができないので、初期容量が小さくなる
という課題を有していた。そこで、従来より、電池の出
荷以前に水素を吸蔵,放出させるような化成処理を行っ
て水素吸蔵合金を活性化し、初期容量を大きくするよう
な方法が提案されている。具体的な化成処理方法として
は、以下に示す方法がある。
気−固反応により水素を吸蔵,放出させるような方
法。
電気化学的に充放電することにより、水素を吸蔵,放
出させるような方法。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記方法で化成処理した場合であって
も、それぞれ以下に示すような課題を有している。
即ち、の方法では、反応容器内で水素を加減圧する
必要があるが、減圧しても水素平衡圧に対応する水素は
水素吸蔵合金中に残留するので、合金中から水素を完全
に放出することができない。したがって、電池特性が低
下する。加えて、減圧雰囲気にするには長時間を要する
ので、製造コストの高騰を招く。
また、の方法では、電池作製後に処理するので、各
電池に応じた分だけの電源が必要となり、多くの電源が
必要となる。加えて、十分な初期容量を得るには、充放
電に長時間を要する。このため、やはり構造コストが高
騰する。
そこで、本発明は、短時間で確実に活性化処理を行う
ことができることにより、製造コストの高騰を招くこと
なく初期容量の増大を図りうる水素吸蔵合金の化成方法
を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、可逆的に水素を
吸蔵,放出する水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる第1ス
テップと、上記水素吸蔵合金中の水素を、化学反応によ
り取り除く第2ステップとを有することを特徴とする。
作用 上記構成の如く、水素吸蔵合金に水素を吸蔵させた
後、水素吸蔵合金中の水素を化学反応により取り除くよ
うな方法であれば、速やかに水素を取り除くことが可能
となるので、気−固反応を用いる場合や電気化学的に充
放電する場合に比べて、短時間に活性化処理を終えるこ
とができる。
加えて、化学反応により取り除くような方法であれ
ば、水素と反応する物質を水溶液に十分溶解させておく
等しておけば、略完全に水素吸蔵合金中の水素を取り除
くことができる。したがって、水素吸蔵合金中に水素が
残留するのを防止することも可能となる。
尚、化学反応により水素を取り除く際に用いられる物
質(電気化学的に水素電極電位よりも貴である酸化還元
電位を有する物質)としては、例えば、O3,S2O8 2-塩(K
2S2O8),NO2 -塩(KNO2),C6H5COC6H5等があるが、これ
らは水素を吸蔵した水素吸蔵合金(MH)と以下に示す反
応を生じることになる。
2MH+O3→2M+O2+H2O 2MH+S2O8 2-+2OH- →2M+2SO4 2-+2H2O 6MH+NO2 -→6M+NH4OH+OH- 2MH+C6H5COC6H5 →2M+C6H5COH2C6H5 また、電気化学的に水素電極電位よりも貴である酸化
還元電位を有する物質として、反応後に水溶液或いは合
金表面に析出し、活性化に悪影響を及ぼす物質もある。
したがって、上記物質としては、反応後に水溶液に溶解
する物質を用いることが好ましい。
第1実施例 本発明の実施例を、第1図〜第3図に基づいて、以下
に説明する。
〔実施例I〕
第1図は本発明の電極を用いた円筒型ニッケル−水素
アルカリ蓄電池の断面図であり、焼結式ニッケルから成
る正極1と、水素吸蔵合金を含む負極2と、これら正負
両極1・2間に介挿されたセパレータ3とから成る電極
群4は渦巻状に巻回されている。この電極群4は負極端
子兼用の外装罐6内に配置されており、この外装罐6と
上記負極2とは負極用導電タブ5により接続されてい
る。上記外装罐6の上部開口にはパッキング7を介して
封口体8が装着されており、この封口体8の内部にはコ
イルスプリング9が設けられている。このコイルスプリ
ング9は電池内部の内圧が異常上昇したときに矢印A方
向に押圧されて内部のガスが大気中に放出されるように
構成されている。また、上記封口体8と前記正極1とは
正極用導電タブ10にて接続されている。
ここで、上記構造の円筒型ニッケル−水素アルカリ蓄
電池を、以下のようにして作製した。
先ず、市販のMm(ミッシュメタル:希土類元素の混合
物)、Ni、Co、Mn及びAlを元素比で1:3.2:1:0.6:0.2の
割合となるように秤量した後、アルゴンガス雰囲気中の
アーク溶解炉内で溶解,冷却することにより、MmNi3.2C
oMn0.6Al0.6で示される合金のインゴットを作成した。
次に、上記インゴットをボールミルによって50μm以下
に粉砕した。
この後、上記水素吸蔵合金粉末に、気−固反応により
高圧水素を吸蔵させる。これにより、合金の結晶格子中
に水素が入って合金に割れ(クラック)が生じるため、
合金の表面積が増加する。この結果、電池作製時におい
て、上記クラックに電解液が浸透するので、反応面積が
増大して活性化が進行することになる。
次いで、H2O2を溶解させた溶液中に、上記水素が吸蔵
された水素吸蔵合金粉末を浸漬して攪拌する。これによ
り、上記吸蔵された水素とH2O2とが反応して、水素吸蔵
合金中から水素が取り除かれることになる。
しかる後、水素吸蔵合金粉末に、導電性金属と結着剤
とを加えて混練し、更にこの混合物に圧力を加えて負極
2を作製する。
次に、この負極2と、公称容量1000mAhの焼結式ニッ
ケル正極1とを、不織布からなるセパレータ3を介して
巻回し、電極群4を作製した。しかる後、この電極群4
を外装罐6内に挿入し、更に30重量%のKOH水溶液を上
記外装罐6内に注液した後、外装罐6を密閉することに
より公称容量1000mAhの円筒型ニッケル−水素蓄電池を
作製した。
このようにして作製した電池を、以下(A1)電池と称
する。
〔実施例II〜VII〕
水素吸蔵合金粉末中の水素を取り除く溶液として、H2
O2溶液の代わりに、それぞれ、K2S2O8,KClO4,KBrO3,KIO
3,KNO3,C6H5COC6H5を用いる他は、上記実施例Iと同様
にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下それぞれ(A2
電池〜(A7)電池と称する。
〔実施例VIII〜X〕
水素吸蔵合金粉末中の水素を取り除く方法として、高
圧水素が吸蔵された水素吸蔵合金粉末を水が充填された
容器内に入れ、この容器にそれぞれO2,O3或いはF2Oガス
を導入する方法を用いる他は、上記実施例Iと同様にし
て電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下それぞれ(A8
電池〜(A10)電池と称する。
〔比較例I〕
水素吸蔵合金の活性化処理として、気−固反応のみを
用いる他は、上記実施例Iと同様にして電池を作製し
た。尚、この場合、高圧水素の導入は0℃で行い、減圧
(水素の除去)は100℃で行った。
このようにして作製した電池を、以下(X1)電池と称
する。
〔比較例II〕
水素吸蔵合金の活性化処理として、電池組立後に充放
電を1回行うという方法を用いる他は、上記実施例Iと
同様にして電池を作製した。尚、この場合の充放電条件
は、0.1Cで行った。
このようにして作製した電池を、以下(X2)電池と称
する。
〔比較例III〕
水素吸蔵合金の活性化処理として、電池組立後に充放
電を20回行うという方法を用いる他は、上記実施例Iと
同様にして電池を作製した。尚、この場合の充放電条件
は、0.1Cで行った。
このようにして作製した電池を、以下(X3)電池と称
する。
〔実験〕
上記本発明の(A1)電池〜(A10)電池と、比較例の
(X1)電池〜(X3)電池における、化成処理に要する時
間と、初期容量とを調べたので、その結果を下記第1表
に示す。
上記第1表より明らかなように、本発明の(A1)電池
〜(A10)電池は、全て初期容量が900mAh以上であり、
且つ化成処理の所要時間も1日である。これに対して、
比較例の(X1)電池では初期容量が900mAh以上であるが
所要時間が3日を要し、(X2)電池では所要時間は1日
であるが初期容量が430mAhしかなく、(X3)電池では初
期容量が1000mAh以上であるが所要時間が20日も要する
ことが認められる。
したがって、本発明の(A1)電池〜(A10)電池は、
化成処理の所要時間が短く、且つ十分な初期容量を得る
ことができるということが窺える。
〔その他の事項〕 水素吸蔵合金に水素を吸蔵させておく方法としては、
上記実施例に示すももの他、水素吸蔵合金粉末を充電状
態にしておくような方法でも良い。
本発明は上記円筒型の蓄電池に限定するものではな
く、偏平型の蓄電池であっても同様の効果を有する。
上記実施例では水素吸蔵合金鋳塊の粉砕後に化成処理
を行っているが、このような方法に限定するものではな
く、H2O2等電池反応に悪影響を及ぼさない物質を電解質
に添加し、電池作製後に化成処理を行うことも可能であ
る。また、化成処理は、電極作製後電池組み込み前であ
ってもよい。
前記水素吸蔵合金中の水素を取り除く溶液としては、
上記実施例に示すものの他、KNO3等がある。
発明の効果 以上説明したように本発明によれば、速やかに水素を
取り除くことが可能となるので、気−固反応を用いる場
合や電気化学的に充放電する場合に比べて、短時間に活
性化処理を終えることができる。加えて、略完全に水素
吸蔵合金中の水素を取り除くことができるので、水素吸
蔵合金中に水素が残留するのを防止することも可能とな
る。
これらのことから、電池の製造コストを高騰させるこ
となく、電池特性を向上させることができるという効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法により作製した水素吸蔵合金電極
を用いた円筒型ニッケル−水素アルカリ蓄電池の断面図
である。 1……正極、2……負極、3……セパレータ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 4/26

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可逆的に水素を吸蔵,放出する水素吸蔵合
    金に水素を吸蔵させる第1ステップと、 上記水素吸蔵合金中の水素を、化学反応により取り除く
    第2ステップと、 を有することを特徴とする水素吸蔵合金の化成方法。
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