JP2982199B2 - 水素吸蔵合金電極、その製造法およびその電極を用いた密閉形アルカリ蓄電池 - Google Patents
水素吸蔵合金電極、その製造法およびその電極を用いた密閉形アルカリ蓄電池Info
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Description
蔵合金電極に関する。
り、そこで注目されてきたのは水素を可逆的に吸蔵・放
出する水素吸蔵合金を用いたアルカリ蓄電池である。
などと同じ取り扱いで電池を構成でき、実際の放電可能
な容量密度をカドミウムより大きくできることや亜鉛の
ような変形やデンドライトの形成などがないことなどか
ら、高エネルギー密度で長寿命、無公害のアルカリ蓄電
池用負極として有望である。
これを焼結して得る焼結式が知られているが、主には導
電性芯材としてのパンチングメタルやエキスパンドメタ
ル、発泡メタル、金属繊維などに水素吸蔵合金粉末をペ
ースト状にして塗着したり、充填するペースト式や、プ
レスなどで加圧成形する加圧式などの非焼結式が採用さ
れている。
蔵合金を均質化のための熱処理を行い、さらに機械的も
しくは水素ガスの吸蔵・放出により100ミクロン以下の
粒子径を有する微粉末とする。これをペースト式や加圧
式などの非焼結式製法により電極としこれを負極とし、
酸化ニッケルなどの正極、ポリオレフィンなどの不織布
からなるセパレータ、アルカリ電解液とともに密閉形や
開放形のアルカリ蓄電池を構成する。
電池の充放電を繰り返すことにより水素吸蔵合金を構成
している特定の元素が一部電解液中に溶出し、電池内部
でのショートの原因になったり、合金の触媒特性が低下
して電池内圧の上昇をきたして急速充電特性が不可能に
なったり、さらには電池寿命の低下を招くなどの点であ
る。例えば水素吸蔵合金電極材料として知られる希土類
とニッケルをベースにしたMmNi5-xMx系合金(M=Mn,A
l,Co,Cuなど)の場合はMn,Coの溶出が知られている。そ
して従来、この合金構成元素の電池に構成してから後の
溶出を防止する目的で水素吸蔵合金の粉末もしくは電極
を熱アルカリ中で一定時間放置して溶出物を予め処理し
て電池を構成することが提案されていた。
に関しては不十分であり、この解決が要望されていた。
それと同時に過充電時に正極から発生する酸素ガスの影
響で水素吸蔵合金のガス吸収触媒能の低下が問題となっ
ているが耐酸化性の向上が望まれていた。
の電極を用いた電池を動作中に水素吸蔵合金から溶出す
る特定の金属元素の溶出を防止すること、および耐酸化
性の向上がこの電池の長寿命化には重要な課題である。
蔵合金電極およびこれを用いた電池を提供することを目
的とする。
の状態もしくは電極に加工後のいずれかにおいて、さら
に表面に多孔性の導電層を形成したものを電極材料にす
ることを特徴とし、またその粒子径が20〜100ミクロン
が望ましく、さらにその粒子を超急冷法により製造する
ことを特徴とし、またこれを電池用の電極として使用し
た密閉型アルカリ蓄電池である。
時や電池を構成して充放電を動作する場合に、合金の組
成は同じでも従来は水素吸蔵合金から溶出していた特定
の金属元素の溶出もほとんどなく極めてかつ耐酸化性に
も優れるので安定した性能を長期間維持することを可能
とする。
っては合金中に偏析の発生が見られたが、これが超急冷
および球状の合金粒子にしたことによりおそらく粒子表
面の化学的安定性が向上し、偏析などの形成が抑制され
たことがあげられる。そしてその表面に多孔性の導電層
を形成するために、さらに特定元素の溶出が抑えられ、
また耐酸化性を向上できる。
ガス噴霧法のいずれかが好ましい。そして水素吸蔵合金
は特に希土類とニッケルをベースとし、これにMn,Al,C
o,Cuなどの元素を添加したCaCu5型構造を有する合金の
場合には特に有効であり、多孔性の導電層には銅、ニッ
ケルなどを電解メッキまたは無電解メッキにより形成す
るのがよい。さらにこの電極を作製する過程でアルカリ
溶液中、好ましくは熱アルカリ溶液中に放置した後水洗
しする工程を含むことが望ましい。
ては合金作成のための原材料を加熱溶解し、その溶湯を
高速で回転しているディスク等に導入しそのディスクの
遠心力で超急冷球状合金粉末を得る遠心噴霧法、もしく
はその溶湯に高圧の不活性ガスを吹き付けることにより
得られるガス噴霧法のいずれかが好ましい。
クロンの粒子径を有する球状の水素吸蔵合金は溶解時の
溶湯が瞬時に凝固するために合金粒子自身の均質性が極
めて高く、また従来機械的粉砕法、水素ガス活性化粉砕
法による粉砕工程を必要としたが、上記方法によれば必
要な粒子径を合金作製時に調整でき粉砕工程が不要にな
る。
て市販のMm(ミッシュメタル),Ni,Co,Mn,Alの各原材料
を一定の組成比に秤量し、高周波誘導加熱溶解炉により
溶解し、得られる溶湯を遠心噴霧法により超急冷でかつ
球状のMmNi3.8Co0.5Mn0.4Al0.3合金を製造した。すなわ
ち不活性ガス中で溶湯の入った坩堝から溶湯を少量ずつ
約20000rpmで高速回転するディスク上に滴下させ粉末を
得た。このようにして得た合金粉末について調べたとこ
ろ平均粒径60ミクロンの非常にきれいな球状粒子を形成
しており、合金組織や元素分析により極めて均質性が良
好であり、かつ水素吸蔵合金としての特性も優れてい
た。
蔵合金粉末の表面を合金に対しほぼ10wt%のニッケルで
被覆した。合金表面に被覆したニッケルは多孔性である
ことが電子顕微鏡写真で明かであった。
を行なった。すなわち比重1.30の水酸化カリウム水溶液
を80℃に加熱し5時間浸たし、その後水洗した。
(CMC)の希水溶液と混合撹拌しペースト状にして、電
極支持体として平均ポアサイズ150ミクロン、多孔度95
%、厚さ1.0mmの発泡状ニッケルシートに充填した。こ
れを120℃で乾燥してローラープレスで加圧し、さらに
その表面にフッソ樹脂粉末をコーテングし水素吸蔵合金
電極とした。この電極をAとする。
極も合わせて作製した。すなわち、従来の方法としては
高周波誘導加熱溶解炉により先と同様のMmNi3.8Co0.5Mn
0.4Al0.3合金組成になるように溶解しその溶湯を通常の
方法で鋳造し合金塊を製造した。ついでこの合金を真空
中で熱処理し、その後平均粒径が60ミクロンになるよう
にボールミルによる機械粉砕を行なった。このようにし
て得た合金粉末を先と同様の熱アルカリ処理を行ない、
その後同様の方法で電極にした。これを従来例の電極B
とする。
する工程のみ省略し、他は本発明の方法と同様な処方で
得た電極を電極Cとする。
する酸化ニッケル極を配し電解液に比重1.30の水酸化カ
リウム水溶液を用い、電解液が豊富な条件下で水素吸蔵
合金負極で容量規制を行なった開放系で充放電を行っ
た。充電は合金1gあたり100mA×4時間、放電は合金1g
あたり50mAで端子電圧が0.8Vまでとした。
試験にもかかわらずほとんど一定した放電容量を維持し
ており、優れた性能の安定性を確認した。一方電極B
は、初期サイクルの放電容量は電極Aとほぼ同一であっ
たが30〜50サイクル付近から僅かづつではあるが充放電
サイクルの経過とともに放電容量の低下が認められた。
るが充放電サイクルの経過とともに放電容量の低下が認
められた。
セルの電解液を採取し金属元素の定量分析を行なったと
ころ、A,B,Cいずれの電極で構成した電解液からも合金
からの溶出と見られるMn,Coが検出された。この場合、
電極Aは電極Bに対してMnで1/31、Coで1/53の低い値で
あった。また電極Cは電極Bに対して1/14、COで1/22と
いう結果であり電極A<C<Bの順に合金からの溶出が
大きくなることが確かめられた。また300サイクル経過
後電極を解体し水素吸蔵合金の分析を行なったところ、
電極Aでは大きな変化は認められなかったが、特に電極
Bでは合金表面がかなりNiが多くなり、また合金構成元
素が分離して酸化物や水酸化物への状態変化が多く認め
られた。
電池を構成した結果について説明する。先の電極A,B,C
をそれぞれ幅3.3cm、長さ21cm、厚さ0.50mmに調整し、
リード板を所定の2カ所に取り付けた。そして、正極、
セパレータと組み合わせて円筒状に3層に渦巻き状にし
てSCサイズの電槽に収納した。このときの正極は、公知
の発泡式ニッケル極を選び、幅3.3cm、長さ16cmとして
用いた。この場合もリード板を2カ所に取り付けた。ま
たセパレータは、親水性を付与したポリプロピレン不織
布を用いた。電解液としては、比重1.20の水酸化カリウ
ム水溶液に水酸化リチウムを30g/1溶解して用いた。こ
れを封口して密閉形電池とした。この電池は、正極容量
規制で公称容量は2.5Ahである。この密閉形電池で水素
吸蔵合金電極の電極Aで構成した電池を電池A、同様に
電極Bで構成した電池を電池B、電極Cで構成した電池
を電池Cとする。
サイクル試験によって評価した結果を説明する。
C(1時間率)で終止電圧1.0Vとし20℃での充放電サイ
クルを繰り返した、その結果A,B,Cいずれの電池もサイ
クルの初期は、ほぼ2.5Ahの放電容量が得られたが、500
サイクルまでの充放電試験により、電池Bにおいて2コ
の電池で内部ショートの発生が見られた。この現象は電
池A、Cでは見られなかった。また500サイクル後の平
均放電容量も電池Aでは2.5Ahに維持したのに対し電池
Bでは2.0Ahに、電池Cでは2.3Ahにそれぞれ容量の低下
を示した。
に対しても本発明の電極は非常に安定した性能を持続す
ることが可能であり耐酸化性に優れていることが立証さ
れた。
℃の温度で2週間保存放置しその後さらに20℃の温度で
放電容量を調べ、高温保存特性を評価した。
49%の容量を維持した。電池Bでは10コ中3コが完全に
容量が0となり、残り7コも平均で23%の容量であり容
量低下が大きかった。また電池Cでは平均で45%の容量
を維持した。この結果から明らかに電池Aが保存性能に
優れていた。
ッケルをベースとし、これにMn,Al,Co,Cuなどの元素を
添加したCaCu5型構造を有する合金について示した。溶
出の程度は合金種により異なるが、このような効果は例
えばZrMn0.4Cr0.4Ni1.2などのAB2型Laves相合金などに
ついても同様に得られた。
層としてのニッケルメッキを施した例を示したが、この
効果は水素吸蔵合金を一度電極に加工した後付与しても
ほぼ同等の結果が得られることがわかった。
様の効果が得られた。
来は溶出していた特定の金属元素の溶出を防止するこ
と、および酸素ガスなどによる合金の耐酸化性を向上す
ることが可能となり、高性能で長寿命の水素吸蔵合金電
極およびこれを用いた電池を提供できる。
Claims (6)
- 【請求項1】球状の水素吸蔵合金を作製し、球状形状を
維持した少なくともこの粉末のままか、もしくは電極に
加工後のいずれかにおいてさらに表面に多孔性の導電性
層を形成したことを特徴とする水素吸蔵合金電極。 - 【請求項2】球状合金の粒径が20〜100ミクロンである
請求項1記載の水素吸蔵合金電極。 - 【請求項3】水素吸蔵合金が特に希土類とニッケルをベ
ースとし、これにMn,Al,Co,Cuなどの元素を添加したCaC
u5型構造を有する合金からなる請求項1または2記載の
水素吸蔵合金電極。 - 【請求項4】遠心噴霧法もしくはガス噴霧法のいずれか
による超急冷法により製造することを特徴とすること請
求項1、2または3記載の水素吸蔵合金電極の製造法。 - 【請求項5】電極に多孔性の導電性層を形成する以前も
しくはそれ以降の工程でアルカリ溶液中、好ましくは熱
アルカリ溶液中に放置した後水洗しする工程を含む請求
項1、2または3記載の水素吸蔵合金電極の製造法。 - 【請求項6】請求項1、2または3記載の水素吸蔵合金
電極と、正極とセパレータおよびアルカリ電解液を有す
る密閉形アルカリ蓄電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2039971A JP2982199B2 (ja) | 1990-02-21 | 1990-02-21 | 水素吸蔵合金電極、その製造法およびその電極を用いた密閉形アルカリ蓄電池 |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03245460A JPH03245460A (ja) | 1991-11-01 |
JP2982199B2 true JP2982199B2 (ja) | 1999-11-22 |
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ID=12567842
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JP2039971A Expired - Lifetime JP2982199B2 (ja) | 1990-02-21 | 1990-02-21 | 水素吸蔵合金電極、その製造法およびその電極を用いた密閉形アルカリ蓄電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2982199B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100470893C (zh) * | 2005-06-13 | 2009-03-18 | 比亚迪股份有限公司 | 一种高功率镍氢蓄电池负极活性物质及其制备方法和镍氢蓄电池 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5393617A (en) * | 1993-10-08 | 1995-02-28 | Electro Energy, Inc. | Bipolar electrochmeical battery of stacked wafer cells |
CA2184377C (en) * | 1994-03-31 | 2000-12-12 | Han Wu | Improved metal hydride hydrogen storage electrodes |
JP3499924B2 (ja) * | 1994-07-22 | 2004-02-23 | 三洋電機株式会社 | 金属−水素化物アルカリ蓄電池用の水素吸蔵合金電極 |
US6503658B1 (en) | 2001-07-11 | 2003-01-07 | Electro Energy, Inc. | Bipolar electrochemical battery of stacked wafer cells |
-
1990
- 1990-02-21 JP JP2039971A patent/JP2982199B2/ja not_active Expired - Lifetime
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CN100470893C (zh) * | 2005-06-13 | 2009-03-18 | 比亚迪股份有限公司 | 一种高功率镍氢蓄电池负极活性物质及其制备方法和镍氢蓄电池 |
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