JP2989300B2 - 金属−水素アルカリ蓄電池 - Google Patents
金属−水素アルカリ蓄電池Info
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- JP2989300B2 JP2989300B2 JP3092036A JP9203691A JP2989300B2 JP 2989300 B2 JP2989300 B2 JP 2989300B2 JP 3092036 A JP3092036 A JP 3092036A JP 9203691 A JP9203691 A JP 9203691A JP 2989300 B2 JP2989300 B2 JP 2989300B2
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- hydrogen
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チタンが含まれた水素
吸蔵合金を有する負極と、正極と、アルカリ電解液とを
備えた金属−水素アルカリ蓄電池に関する。
吸蔵合金を有する負極と、正極と、アルカリ電解液とを
備えた金属−水素アルカリ蓄電池に関する。
【０００２】
【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が、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、金属−水素アルカリ蓄電池が注目され
ている。この電池の負極としては、特に常圧で負極活物
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
水素吸蔵合金が用いられており、具体的にはチタンを含
有する水素吸蔵合金や希土類系水素吸蔵合金等が知られ
ている。
は、鉛電池及びニッケル−カドミウム電池があるが、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、金属−水素アルカリ蓄電池が注目され
ている。この電池の負極としては、特に常圧で負極活物
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
水素吸蔵合金が用いられており、具体的にはチタンを含
有する水素吸蔵合金や希土類系水素吸蔵合金等が知られ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記チタン
を含有する水素吸蔵合金は、耐蝕性に劣るということが
一般に知られている。このため、充放電サイクルを繰り
返すと合金が電解液によって侵されて、合金が劣化した
り、或いは、過充電時に正極から発生する酸素ガスによ
って合金が酸化する。この結果、充電時に負極が水素を
吸蔵できなくなって、負極容量が徐々に低下するため、
サイクル特性が低下する。加えて、負極が水素を吸蔵で
きなくなることに起因して、過充電時に負極から水素が
発生し、電池内部圧力が高くなるため、安全弁が作動す
る。このため、電解液が電池外に放出されて、やはりサ
イクル特性が劣化すると共に、電池の信頼性が低下する
という課題を有していた。
を含有する水素吸蔵合金は、耐蝕性に劣るということが
一般に知られている。このため、充放電サイクルを繰り
返すと合金が電解液によって侵されて、合金が劣化した
り、或いは、過充電時に正極から発生する酸素ガスによ
って合金が酸化する。この結果、充電時に負極が水素を
吸蔵できなくなって、負極容量が徐々に低下するため、
サイクル特性が低下する。加えて、負極が水素を吸蔵で
きなくなることに起因して、過充電時に負極から水素が
発生し、電池内部圧力が高くなるため、安全弁が作動す
る。このため、電解液が電池外に放出されて、やはりサ
イクル特性が劣化すると共に、電池の信頼性が低下する
という課題を有していた。
【０００４】本発明は係る現状を考慮してなされたもの
であって、電池の信頼性やサイクル特性を飛躍的に向上
させることができる金属−水素アルカリ蓄電池の提供を
目的としている。
であって、電池の信頼性やサイクル特性を飛躍的に向上
させることができる金属−水素アルカリ蓄電池の提供を
目的としている。
【０００５】
【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、チタンが含まれた水素吸蔵合金を有する負
極と、正極と、アルカリ電解液とを備えた金属―水素ア
ルカリ蓄電池において、前記水素吸蔵合金には、窒素ま
たは炭素のイオン注入処理がなされていることを特徴と
する。
するために、チタンが含まれた水素吸蔵合金を有する負
極と、正極と、アルカリ電解液とを備えた金属―水素ア
ルカリ蓄電池において、前記水素吸蔵合金には、窒素ま
たは炭素のイオン注入処理がなされていることを特徴と
する。
【０００６】
【作用】上記構成の如く、イオン注入処理がなされた水
素吸蔵合金を用いれば、水素吸蔵合金表面にチタンの窒
化物等が形成されることになるので、アルカリ電解液中
での合金の耐蝕性が飛躍的に向上する。したがって、充
放電サイクルを繰り返し行っても合金が電解液によって
浸されないので合金が劣化せず、且つ過充電時に正極か
ら発生する酸素ガスによって合金が酸化するのを抑制す
ることができる。この結果、充電時に負極が水素を十分
に吸蔵できるので、負極容量の低下を抑制することがで
き、且つ負極が水素を十分に吸蔵できることに起因し
て、過充電時に負極から水素が発生するのを抑制できる
ので、電池内部圧力が高くなるのを抑えることができ
る。
素吸蔵合金を用いれば、水素吸蔵合金表面にチタンの窒
化物等が形成されることになるので、アルカリ電解液中
での合金の耐蝕性が飛躍的に向上する。したがって、充
放電サイクルを繰り返し行っても合金が電解液によって
浸されないので合金が劣化せず、且つ過充電時に正極か
ら発生する酸素ガスによって合金が酸化するのを抑制す
ることができる。この結果、充電時に負極が水素を十分
に吸蔵できるので、負極容量の低下を抑制することがで
き、且つ負極が水素を十分に吸蔵できることに起因し
て、過充電時に負極から水素が発生するのを抑制できる
ので、電池内部圧力が高くなるのを抑えることができ
る。
【０００７】
【実施例】本発明の一実施例を、図１に基づいて、以下
に説明する。 〔実施例１〕図１は本発明の一例に係る密閉型ニッケル
−水素アルカリ蓄電池（容量：６００mAh ）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缶６内に配置
されており、この外装缶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。上記外装缶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。
に説明する。 〔実施例１〕図１は本発明の一例に係る密閉型ニッケル
−水素アルカリ蓄電池（容量：６００mAh ）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缶６内に配置
されており、この外装缶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。上記外装缶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。
【０００８】ここで、上記構造の密閉型ニッケル−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ＴｉとＮｉとを元素比で２：１の割合となるよう
に秤量した後、アルゴン雰囲気のアーク炉内で溶解して
溶湯を作成し、更にこの溶湯を冷却することにより、Ｔ
ｉ2 Ｎｉ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、窒素雰囲気中で、粒径５０μｍ
以下となるように粉砕した。
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ＴｉとＮｉとを元素比で２：１の割合となるよう
に秤量した後、アルゴン雰囲気のアーク炉内で溶解して
溶湯を作成し、更にこの溶湯を冷却することにより、Ｔ
ｉ2 Ｎｉ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、窒素雰囲気中で、粒径５０μｍ
以下となるように粉砕した。
【０００９】次いで、イオン注入装置の陰極上に上記水
素吸蔵合金粉末を載置し、窒素ガスと酸素ガスとの混合
ガス中でグロー放電を行い、水素吸蔵合金粉末の表面に
窒化物層を形成した。尚、上記窒化処理の条件は以下の
通りである。 （窒化処理条件） 混合ガスの組成 窒素８０vol ％ 水素２０vol ％ 圧力 １ｋＰａ 処理温度 ５００℃ 処理時間 ５時間 放電電圧 ５００Ｖ 放電電流密度 １００Ａ／ｍ2 この後、上記水素吸蔵合金粉末に、結着剤としてのＰＴ
ＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粉末を５wt％加え
て混練してペーストを作成し、更に、このペーストをパ
ンチングメタルから成る集電体の両面に圧着することに
より負極２を作製した。
素吸蔵合金粉末を載置し、窒素ガスと酸素ガスとの混合
ガス中でグロー放電を行い、水素吸蔵合金粉末の表面に
窒化物層を形成した。尚、上記窒化処理の条件は以下の
通りである。 （窒化処理条件） 混合ガスの組成 窒素８０vol ％ 水素２０vol ％ 圧力 １ｋＰａ 処理温度 ５００℃ 処理時間 ５時間 放電電圧 ５００Ｖ 放電電流密度 １００Ａ／ｍ2 この後、上記水素吸蔵合金粉末に、結着剤としてのＰＴ
ＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粉末を５wt％加え
て混練してペーストを作成し、更に、このペーストをパ
ンチングメタルから成る集電体の両面に圧着することに
より負極２を作製した。
【００１０】次いで、焼結式ニッケル正極１（極板容
量：６００mAh ）と、この正極よりも容量の大きな負極
２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を外装缶
６内に挿入し、更に３０重量％のＫＯＨ水溶液から成る
アルカリ電解液を上記外装缶６内に注液した後、外装缶
６を密閉することにより円筒型ニッケル−水素蓄電池を
作製した。
量：６００mAh ）と、この正極よりも容量の大きな負極
２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を外装缶
６内に挿入し、更に３０重量％のＫＯＨ水溶液から成る
アルカリ電解液を上記外装缶６内に注液した後、外装缶
６を密閉することにより円筒型ニッケル−水素蓄電池を
作製した。
【００１１】このようにして作製した電池を、以下（Ａ
1 ）電池と称する。 〔実施例２〜６〕水素吸蔵合金として、Ｔｉ0.5 Ｚｒ
0.5 Ｖ0.75Ｎｉ1.25、ＴｉＦｅ0.8 Ｎｉ0. 2 、ＴｉＣｒ
0.8 Ｎｉ0.2 、ＴｉＭｎ0.8 Ｃｏ0.2 、及びＴｉＣｏ
0.9 Ｃｕ0.1 をそれぞれ用いる他は、上記実施例１と同
様にして電池を作製した。
1 ）電池と称する。 〔実施例２〜６〕水素吸蔵合金として、Ｔｉ0.5 Ｚｒ
0.5 Ｖ0.75Ｎｉ1.25、ＴｉＦｅ0.8 Ｎｉ0. 2 、ＴｉＣｒ
0.8 Ｎｉ0.2 、ＴｉＭｎ0.8 Ｃｏ0.2 、及びＴｉＣｏ
0.9 Ｃｕ0.1 をそれぞれ用いる他は、上記実施例１と同
様にして電池を作製した。
【００１２】このようにして作製した電池を、以下それ
ぞれ（Ａ2 ）電池〜（Ａ6 ）電池と称する。 〔比較例１〜６〕イオン注入による窒化処理を行わない
他は、上記実施例１〜６と同様にして電池を作製した。
ぞれ（Ａ2 ）電池〜（Ａ6 ）電池と称する。 〔比較例１〜６〕イオン注入による窒化処理を行わない
他は、上記実施例１〜６と同様にして電池を作製した。
【００１３】このようにして作製した電池を、以下それ
ぞれ（Ｘ1 ）電池〜（Ｘ6 ）電池と称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ1 ）電池〜（Ａ6 ）電池及
び比較例の（Ｘ1 ）電池〜（Ｘ6 ）電池のサイクル特性
を調べたので、その結果を表１に示す。尚、実験条件
は、充電電流１Ｃで１．２時間充電した後、放電電流１
Ｃで放電終止電圧１．０Ｖまで放電するという条件であ
り、放電容量が３００mAh となった時点で電池寿命とし
た。
ぞれ（Ｘ1 ）電池〜（Ｘ6 ）電池と称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ1 ）電池〜（Ａ6 ）電池及
び比較例の（Ｘ1 ）電池〜（Ｘ6 ）電池のサイクル特性
を調べたので、その結果を表１に示す。尚、実験条件
は、充電電流１Ｃで１．２時間充電した後、放電電流１
Ｃで放電終止電圧１．０Ｖまで放電するという条件であ
り、放電容量が３００mAh となった時点で電池寿命とし
た。
【００１４】
【表１】
【００１５】上記表１から明らかなように、同一の水素
吸蔵合金を用いた電池同士〔例えば、（Ａ1 ）電池と
（Ｘ1 ）電池〕を比較すると、窒化処理を施した本発明
の（Ａ 1 ）電池〜（Ａ6 ）電池は窒化処理を施していな
い比較例の（Ｘ1 ）電池〜（Ｘ 6 ）電池に比べてサイク
ル寿命が格段に長くなっていることが認められる。 〔実験２〕上記本発明の（Ａ1 ）電池〜（Ａ6 ）電池及
び比較例の（Ｘ1 ）電池〜（Ｘ6 ）電池の過充電時にお
ける電池内部圧力を調べたので、その結果を表２に示
す。尚、実験は、充電電流０．３Ｃで１２時間充電した
後に、電池内部圧力を測定した。
吸蔵合金を用いた電池同士〔例えば、（Ａ1 ）電池と
（Ｘ1 ）電池〕を比較すると、窒化処理を施した本発明
の（Ａ 1 ）電池〜（Ａ6 ）電池は窒化処理を施していな
い比較例の（Ｘ1 ）電池〜（Ｘ 6 ）電池に比べてサイク
ル寿命が格段に長くなっていることが認められる。 〔実験２〕上記本発明の（Ａ1 ）電池〜（Ａ6 ）電池及
び比較例の（Ｘ1 ）電池〜（Ｘ6 ）電池の過充電時にお
ける電池内部圧力を調べたので、その結果を表２に示
す。尚、実験は、充電電流０．３Ｃで１２時間充電した
後に、電池内部圧力を測定した。
【００１６】
【表２】
【００１７】上記表２から明らかなように、同一の水素
吸蔵合金を用いた電池同士を比較すると、窒化処理を施
した本発明の（Ａ1 ）電池〜（Ａ6 ）電池は窒化処理を
施していない比較例の（Ｘ1 ）電池〜（Ｘ6 ）電池に比
べて過充電時の電池内部圧力が格段に低くなっているこ
とが認められる。 〔その他の事項〕上記実施例では窒素をイオン注入し
ているが、炭素等をイオン注入することも可能である。
水素吸蔵合金としては上記実施例に示すものに限定す
るものではなく、チタンを含有する水素吸蔵合金全てに
ついて本発明を適用しうる。
吸蔵合金を用いた電池同士を比較すると、窒化処理を施
した本発明の（Ａ1 ）電池〜（Ａ6 ）電池は窒化処理を
施していない比較例の（Ｘ1 ）電池〜（Ｘ6 ）電池に比
べて過充電時の電池内部圧力が格段に低くなっているこ
とが認められる。 〔その他の事項〕上記実施例では窒素をイオン注入し
ているが、炭素等をイオン注入することも可能である。
水素吸蔵合金としては上記実施例に示すものに限定す
るものではなく、チタンを含有する水素吸蔵合金全てに
ついて本発明を適用しうる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
素吸蔵合金の耐蝕性が飛躍的に向上するので、合金の劣
化や、合金の酸化を抑制することができる。したがっ
て、負極容量の低下を抑制できるのでサイクル特性が向
上し、且つ電池内部圧力が高くなるのを抑制できるの
で、アルカリ電解液が電池外に放出されなくなり、サイ
クル特性や信頼性を飛躍的に向上させることが可能とな
るといった優れた効果を奏する。
素吸蔵合金の耐蝕性が飛躍的に向上するので、合金の劣
化や、合金の酸化を抑制することができる。したがっ
て、負極容量の低下を抑制できるのでサイクル特性が向
上し、且つ電池内部圧力が高くなるのを抑制できるの
で、アルカリ電解液が電池外に放出されなくなり、サイ
クル特性や信頼性を飛躍的に向上させることが可能とな
るといった優れた効果を奏する。
【図１】本発明の一例に係る密閉型ニッケル−水素アル
カリ蓄電池の断面図である。
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 4/38 H01M 4/24
Claims (1)
- 【請求項１】 チタンが含まれた水素吸蔵合金を有する
負極と、正極と、アルカリ電解液とを備えた金属―水素
アルカリ蓄電池において、 前記水素吸蔵合金には、窒素または炭素のイオン注入処
理がなされていることを特徴とする金属―水素アルカリ
蓄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3092036A JP2989300B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 金属−水素アルカリ蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3092036A JP2989300B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 金属−水素アルカリ蓄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04322055A JPH04322055A (ja) | 1992-11-12 |
| JP2989300B2 true JP2989300B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=14043306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3092036A Expired - Fee Related JP2989300B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 金属−水素アルカリ蓄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2989300B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP3092036A patent/JP2989300B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04322055A (ja) | 1992-11-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081008 Year of fee payment: 9 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |