JP2975790B2 - 水素吸蔵合金電極の表面処理方法 - Google Patents

水素吸蔵合金電極の表面処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属・水素化物二次電
池の負極に使用して好適な水素吸蔵合金電極の表面処理
方法に係わり、特に、短時間での充電(急速充電)を可
能にすることを目的とした、水素吸蔵合金電極の表面処
理方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
正極に水酸化ニッケルなどの金属化合物を使用し、負極
に新素材の水素吸蔵合金を使用した金属・水素化物二次
電池が、単位重量及び単位体積当たりのエネルギー密度
が他の系の電池に比し高く、高容量化が可能であること
から、ニッケル・カドミウム二次電池に代わる次世代の
アルカリ蓄電池として脚光を浴びつつある。
【0003】従来、この種のアルカリ蓄電池に使用され
る水素吸蔵合金電極は、一般に水素吸蔵合金粉末を結着
剤粉末と混練して一体化することにより作製されている
ため、負極の表面は酸素ガス透過性の低い結着剤膜によ
り被覆されている。
【0004】ところで、金属・水素化物二次電池に要求
される重要な特性の一つに、急速充電特性があるが、大
電流を流して短時間に充電を終了させる場合、正極の利
用率が低下するため正極で酸素ガスが発生する。
【0005】この正極で発生した酸素ガスは負極の水素
吸蔵合金内の水素と反応させることにより消費される
が、従来の金属・水素化物二次電池においては、負極の
表面の一部は酸素ガス透過性の低い結着剤膜により被覆
されているため、負極の酸素ガス吸収能が低く、上記反
応が速やかに進行せず、電池内圧が異常に上昇する危険
性があった。
【0006】本発明は、上述した問題を解決するべくな
されたものであって、その目的とするところは、電池内
圧の異常上昇を伴うことなく急速充電することが可能な
信頼性の高い金属・水素化物二次電池を得ることを可能
にする、表面が結着剤で被覆されていない水素吸蔵合金
電極を得るための、当該水素吸蔵合金電極の表面処理方
法を提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る金属・水素化物二次電池用の水素吸蔵合
金電極の表面処理方法(以下、「本発明方法」と称す
る。)は、水素吸蔵合金粉末を結着剤にて結着し一体化
してなる水素吸蔵合金電極に水蒸気を吹きつけ、前記水
素吸蔵合金電極の表面に存在せる結着剤膜を前記水蒸気
により希釈するとともに、溶解させて除去する水素吸蔵
合金電極の表面処理方法であって、前記水蒸気に前記結
着剤膜の溶解促進剤としての有機物質が添加されている
ことを特徴とする。
【0008】本発明方法における有機物質としては、エ
チレンジアミン等のアミン類、アセトン、メチルエチル
ケトン等のケトン類、酢酸等の脂肪酸類、ジエチルエー
テル等のエーテル類、エタノール、プロパノール、ブタ
ノール等のアルコール類が例示されるが、水蒸気による
結着剤膜の溶解を促進する有機物質であれば特に制限な
く使用することができる。これらの有機物質は一種単独
を水蒸気に添加してもよく、必要に応じて二種以上を添
加してもよい。
【0009】本発明方法における有機物質の水蒸気への
添加量は、結着剤及び当該有機物質の種類、結着剤膜の
厚みなどにより異なるが、一般的には水100重量部に
対して、0.1〜20重量部添加することが好ましい。
【0010】本発明における水素吸蔵合金としては、た
とえばLaNi5 、LaNi3 Co2 、これらのLaの
一部を他の金属で一部置換したMmNi5 、MmNi3
Co2 (Mm:ミッシュメタル;希土類金属の混合物)
等の希土類系水素吸蔵合金;Ti2 Ni、TiNi2
これらのNiの一部をCo、Mn、Alなどで置換した
もの等のTi−Ni系水素吸蔵合金;Ti−Mn系水素
吸蔵合金;Ti−Fe系水素吸蔵合金;Mg−Ni系水
素吸蔵合金;Ti−Zr系水素吸蔵合金;Zr−Mn系
水素吸蔵合金が挙げられるが、本発明方法では特に限定
されない。
【0011】本発明方法を実施して特に好適な結着剤と
しては、軟化点が250°C以下の樹脂が挙げられ、具
体的にはポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリド
ン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ヒ
ドロキシプロピルセルロースが挙げられる。
【0012】
【作用】結着剤膜に水蒸気を吹きつけると、結着剤膜は
水蒸気により希釈されるとともに加熱されて溶解し、表
面を被覆していた結着剤膜が除去される。ここで、本発
明方法においては、溶解促進剤としての有機物質が水蒸
気に添加されているので、結着剤膜が速やかに溶解す
る。
【0013】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例により何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施することが可能なものである。
【0014】(実施例1)Mm、Ni、Co、Al及び
Mn(いずれも市販の純度99.9%以上の金属単体)
をモル比1:3.2:1:0.6:0.2で混合し、不
活性ガス(アルゴン)雰囲気の高周波溶解炉内で、誘導
加熱して溶融させた後、単ロール法により冷却凝固させ
て組成式MmNi3.2 CoMn0.6 Al0.2 で表される
水素吸蔵合金塊を得た。
【0015】次いで、この水素吸蔵合金塊を粉砕して平
均粒径50μmの水素吸蔵合金粉末とした後、この水素
吸蔵合金粉末100重量部に結着剤としてのポリエチレ
ンオキサイド(PEO)1重量部を添加して混練し、合
金ペーストを作製した。
【0016】次いで、この合金ペーストをニッケル製の
パンチングメタルからなる負極集電体の両面に塗布し、
乾燥して水素吸蔵合金電極(負極)を作製した。
【0017】次いで、この水素吸蔵合金電極の表面に水
100重量部にエタノール5重量部を添加してなるスチ
ーム処理液のスチームを吹きつけてスチーム処理し、電
極表面を被覆せるポリエチレンオキサイドを溶解除去し
て表面処理電極E1を作製した。
【0018】図1は上記スチーム処理の説明図であり、
同図に示すスチーム処理装置Sは、スチーム発生タンク
12、スチーム供給管13、ノズル14などからなる。
スチーム発生タンク12内にはスチーム処理液(水とエ
タノールからなる)Wが収容されており、その液面の上
方空間はスチーム発生室15を形成している。スチーム
発生タンク12のスチーム処理液収容域に対応する側壁
の周囲にはヒータ16が設けられて、スチーム発生タン
ク12内のスチーム処理液Wを加熱してスチーム化し得
るようになっている。
【0019】スチーム発生室15の側壁には、内圧の異
常上昇を防止するための圧力逃し弁17が装着され、ま
たその上壁には60°C程度にプリヒートされたスチー
ム処理液Wをスチーム発生タンク12内に補給するため
の補給管18と、スチーム発生室15内のスチームを取
り出すためのスチーム供給管13とが取り付けられてい
る。
【0020】スチーム供給管13の先端は先細り状に形
成されてノズル14になっており、またスチーム供給管
13の途中には、圧力計21、結露防止のためのプリヒ
ータ22及び噴霧圧調整弁23が設けられている。
【0021】以上の如きスチーム処理装置Sにおいて、
ヒータ16によりスチーム発生タンク12内のスチーム
処理液Wを加熱してスチームを発生させると、当該スチ
ームはノズル14より噴射されて、被処理物たる水素吸
蔵合金電極Eの表面に衝突し、電極表面に存在していた
結着剤が溶解して取り除かれる。なお、ノズル20の形
状は特に制限されず、たとえば末広状であってもよい。
【0022】(実施例2)スチーム処理液Wとして、水
100重量部にジエチルエーテル5重量部を添加したも
のを使用したこと以外は実施例1と同様にスチーム処理
して表面処理電極E2を作製した。
【0023】(実施例3)スチーム処理液Wとして、水
100重量部にエチレンジアミン5重量部を添加したも
のを使用したこと以外は実施例1と同様にスチーム処理
して表面処理電極E3を作製した。
【0024】(実施例4)スチーム処理液Wとして、水
100重量部にメチルエチルケトン5重量部を添加した
ものを使用したこと以外は実施例1と同様にスチーム処
理して表面処理電極E4を作製した。
【0025】(実施例5)スチーム処理液Wとして、水
100重量部に酢酸5重量部を添加したものを使用した
こと以外は実施例1と同様にスチーム処理して表面処理
電極E5を作製した。
【0026】(実施例6)スチーム処理液Wとして、水
100重量部にプロパノール5重量部を添加したものを
使用したこと以外は実施例1と同様にスチーム処理して
表面処理電極E6を作製した。
【0027】(急速充電特性試験)実施例1〜6で作製
した表面処理電極E1〜E6、比較電極としての未処理
電極CE1〜CE6(各表面処理電極E1〜E6のスチ
ーム処理する前の未スチーム処理の水素吸蔵合金電極)
又は比較電極としての水蒸気単独による表面処理電極C
E7〜CE12(前記未処理電極CE1〜CE6を水蒸
気単独でスチーム処理した水素吸蔵合金電極)を、それ
ぞれ負極に使用して単3型のニッケル・水素化物二次電
池(順に「電池BA1〜BA6」、「比較電池BC1〜
BC6」、「比較電池BC7〜BC12」と称する。)
を組み立てた。
【0028】なお、正極として焼結式ニッケル極を、セ
パレータとしてポリアミド(商品名「ナイロン」)不織
布を、アルカリ電解液として30重量%の水酸化カリウ
ム水溶液を、それぞれ使用した。
【0029】図2は作製した電池BA1(他の電池も同
じ構造の電池である。)の断面図であり、図示のニッケ
ル・水素化物二次電池BA1は、正極1及び負極2(表
面処理電極E1)、これら両電極を離間するセパレータ
3、正極リード4、負極リード5、正極外部端子6、ア
ルカリ電解液が注液された負極缶7などからなる。
【0030】正極1及び負極2はセパレータ3を介して
渦巻き状に巻き取られた状態で負極缶7内に収容されて
おり、正極1は正極リード4を介して正極外部端子6
に、また負極2は負極リード5を介して負極缶7に接続
され、電池BA1内部で生じた化学エネルギーを電気エ
ネルギーとして外部へ取り出し得るようになっている。
【0031】なお、正極外部端子6と封口体8との間に
は、コイルスプリング9が設けられて、電池の内圧が異
常上昇したときに圧縮されて電池内のガスを大気中に放
出し得るようになっている。
【0032】以上の如き構成の各電池について高率放電
特性を調べた。結果を図3〜図8に示す。
【0033】図3〜図8は、各電池の1C充電したとき
の急速充電特性を、縦軸に電池内圧(kg/cm2
を、また横軸に充電時間(分)をとって示したグラフで
ある。
【0034】これらの図より、スチーム処理を施さなか
った未処理電極CE1〜CE6を負極に使用した比較電
池BC1〜BC6は急激に電池内圧が上昇するのに対し
て、本発明方法に従いエタノールなどを水蒸気に添加し
てスチーム処理した表面処理電極E1〜E6を使用した
電池BA1〜BA6は、電池内圧が上昇しにくく、信頼
性が高いことが分かる。
【0035】また、水蒸気単独でスチーム処理した電極
CE7〜CE12を負極に使用した比較電池BC7〜B
C12は、未処理電極を使用した比較電池BC1〜BC
6に比し、電池内圧の上昇は緩やかであるものの、本発
明方法に従いスチーム処理を施した電池BA1〜BA6
に比し、明らかに電池内圧の上昇が急激であることが分
かる。
【0036】
【発明の効果】本発明方法によれば、表面が結着剤によ
り殆ど被覆されていない水素吸蔵合金電極が得られるの
で、当該水素吸蔵合金電極を負極に使用することにより
急速充電特性に優れた金属・水素化物二次電池を得るこ
とが可能になるなど、本発明は優れた特有の効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で行ったスチーム処理の説明図である。
【図2】実施例で作製したニッケル・水素化物二次電池
の断面図である。
【図3】急速充電特性を示すグラフである。
【図4】急速充電特性を示すグラフである。
【図5】急速充電特性を示すグラフである。
【図6】急速充電特性を示すグラフである。
【図7】急速充電特性を示すグラフである。
【図8】急速充電特性を示すグラフである。
【符号の説明】
BA1 電池(金属・水素化物二次電池) 1 正極(焼結式ニッケル極) 2 負極(表面処理電極E1) 3 セパレータ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素吸蔵合金粉末を結着剤にて結着し一体
    化してなる水素吸蔵合金電極に水蒸気を吹きつけ、前記
    水素吸蔵合金電極の表面に存在せる結着剤膜を前記水蒸
    気により希釈するとともに、溶解させて除去する水素吸
    蔵合金電極の表面処理方法であって、前記水蒸気に前記
    結着剤膜の溶解促進剤としての有機物質が添加されてい
    ることを特徴とする金属・水素化物二次電池用の水素吸
    蔵合金電極の表面処理方法。
  2. 【請求項2】前記結着剤は、その軟化点が250°C以
    下である請求項1記載の表面処理方法。
  3. 【請求項3】前記有機物質が、アミン類、ケトン類、脂
    肪酸類、エーテル類又はアルコール類である請求項1記
    載の表面処理方法。
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