JP3123800B2 - 水素吸蔵合金電極 - Google Patents

水素吸蔵合金電極

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JP3123800B2 JP03361243A JP36124391A JP3123800B2 JP 3123800 B2 JP3123800 B2 JP 3123800B2 JP 03361243 A JP03361243 A JP 03361243A JP 36124391 A JP36124391 A JP 36124391A JP 3123800 B2 JP3123800 B2 JP 3123800B2
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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、コバルトを含有する希
土類系水素吸蔵合金から成る水素吸蔵合金電極に関す
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。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。
【0003】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,放出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,放出させて合金体
積の膨張と収縮とを繰り返すことにより、水素吸蔵合金
の表面にクラックを形成させるような化成処理を行っ
て、水素吸蔵合金を活性化するような方法が提案されて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、十分に活性化を図ることができず、この結果
充放電サイクル当初の高率放電特性や低温放電特性にお
いて、飛躍的な向上を図ることができないという課題を
有していた。本発明はかかる現状に鑑みてなされたもの
であり、サイクル当初より水素吸蔵合金の活性化を図っ
て、これを用いた電池の高率放電特性や低温放電特性を
飛躍的に向上することができる水素吸蔵合金電極を提供
することを目的とする。
【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、コバルトを含有する希土類系水素吸蔵合金
からなる水素吸蔵合金電極において、前記水素吸蔵合金
中には、コバルトが濃縮され、且つ希土類元素とホウ素
を含有する金属間化合物相が存在することを特徴とす
る。
【0006】このように水素吸蔵合金中が金属間化合物
相が存在すれば、合金の結晶構造に歪みを生じているた
め、水素吸蔵時に結晶格子が膨張すると、大きな内部応
力が発生する。従って、水素吸蔵合金に多数のクラック
が生じて新たな活性面が形成されるので、水素吸蔵合金
の反応表面積が大きくなる。このときコバルトが多く存
在する濃縮部分でクラックが生じ易い結果、充放電サイ
クル当初から合金の活性化が進行し、高率放電特性が向
上する。そして、更に、充放電により生じる新たな活性
面には、コバルトが多く生じるので、コバルトの水素吸
蔵反応を促進する触媒作用により、低温での放電特性が
向上する。
【0007】
【0008】
【実施例】本発明に係る実施例を、図1〜図10に基づ
いて、以下に説明する。 〔参考例1〕参考例 に係る水素吸蔵合金電極の作製方法、以下に示
す。
【0009】先ず、市販のMm(ミッシュメタルであっ
て、希土類元素の混合物)とNiとCoとMnとAlと
Moとを元素比で1:3.4:0.8:0.4:0.
4:0.09の割合となるように秤量した後、高周波溶
解炉内で溶解して溶湯を作成する。次に、上記溶湯を冷
却することにより、MmNi3.4Co0.8Mn
0.4Al0.4Mo0.09で示される水素吸蔵合金
鋳塊を作成した。次に、この水素吸蔵合金鋳塊の粒径が
50μm以下となるように粉砕した後、この水素吸蔵合
金粉末(1g)に、結着剤としてのPTFE(ポリテト
ラフルオロエチレン,0.2g)と、導電剤としてのニ
ッケル粉末(0.8g)とを加えて混練し、更にこの混
合物をニッケルメッシュに包んで圧力を加えることによ
り作製した。
【0010】このようにして作製した電極を、以下(A
1)電極と称する。〔実施例〕 水素吸蔵合金の原料として、Moの代わりにBを用いる
他は、上記参考例1と同様にして水素吸蔵合金電極を作
製した(即ち、水素吸蔵合金は、MmNi3.4Co0.8
0.4Al0.40.09で表される)。
【0011】このようにして作製した電極を、以下(A
2)電極と称する。〔参考例2〕 水素吸蔵合金の原料として、Moの代わりにTaを用い
る他は、上記参考例1と同様にして水素吸蔵合金電極を
作製した(即ち、水素吸蔵合金は、MmNi3.4Co0.8
Mn0.4Al0.4Ta0.09で表される)。
【0012】このようにして作製した電極を、以下(A
3)電極と称する。 〔比較例1〕 水素吸蔵合金の原料として、Moを用いない他は、上記
参考例1と同様にして水素吸蔵合金電極を作製した(即
ち、水素吸蔵合金は、MmNi3.4Co0.8Mn0.4Al
0.4で表される)。
【0013】このようにして作製した電極を、以下
(X)電極と称する。 〔実験1〕 上記(A 1 )電極〜(A 3 )電極及び比較例の(X)電極
における初期の放電率特性を調べたので、その結果を下
記表1に示す。尚、実験に際しては、電解液としてKO
Hの30%溶液、対極として焼結式ニッケル正極を用い
た。また、実験条件は、50mA/gの電流で8時間充
電した後、50mA/g及び200mA/gの電流でそ
れぞれ放電するという条件であり、また、実験温度は、
25℃及び−10℃の2つの温度で行った。そして、実
験の評価は、50mA/gで放電したときの放電容量を
1,200mA/gで放電したときの放電容量をC2
し、C2/C1×100(%)〔放電容量比〕を算出する
ことにより行った。
【0014】
【表1】上記表1より明らかなように、比較例の(X)
電極では、25℃での放電容量比が70%であるのに対
して、(A 1 )電極〜(A 3 )電極では、25℃での放電
容量比が87〜92%であり、放電容量比が高くなって
いることが認められる。
【0015】また、表1より明らかなように、比較例の
(X)電極では、−10℃での放電容量比が30%であ
り、25℃での放電容量比と比べて著しく低下している
のに対して、(A 1 )電極〜(A 3 )電極では、−10℃
での放電容量比が76〜80%であり、25℃での放電
容量比と比べて余り低下していないことが認められる。
【0016】そこで、(A 1 )電極〜(A 3 )電極が比較
例の(X)電極より放電率特性が向上する理由を調べる
べく、以下に示す実験2〜4を行った。 〔実験2〕(A 1 )電極,(A 2 )電極 の水素吸蔵合金のX線回折法
により調べたので、その結果を図1及び図2に示す。
【0017】図1より明らかなように、(A)電極の
水素吸蔵合金では、μ−Co−Ni−Mo(CoMo
Ni)で表される金属間化合物相が新たに出現している
ことが認められる。また、図2より明らかなように、
(A)電極の水素吸蔵合金では、MmCoBで表さ
れる金属間化合物相が新たに出現していることが認めら
れる。
【0018】尚、図には示さないが、比較例の(X)電
極の水素吸蔵合金ではμ−Co−Ni−MoやMmCo
Bは現れていないことを確認している。また、添加元
素としてTaを用いた場合〔(A)電極〕の金属間化
合物相としては、NiTa,CoTaとなること
を、実験により確認している。 〔実験3〕上記(A)電極,(A)電極の水素吸蔵
合金における電子反射画像を調べ(それぞれ図3,図4
に示す)、母相とは異なる部位(μ−Co−Ni−M
o、MmCoBが存在する部位)におけるEPMA−
ZAFによる定量分析を行ったので、それらの結果をそ
れぞれ図5及び図6に示す。尚、図5においては図3の
線分A−Bで示す部位、図6においては図4の線分A′
−B′で示す部位を調べた。
【0019】図5及び図6より明らかなように、母相と
は異なる部位ではMoやBの量が多くなっており、且つ
これに伴ってCoの量が多くなっていることが確認され
る。 〔実験4〕上記(A)電極を1サイクル充放電した後
に、(A)電極の水素吸蔵合金を電子顕微鏡(SE
M)及びX線で調べたので、それらの結果をそれぞれ図
7,図8に示す。尚、充放電条件は前記実験1で示す条
件と同様の条件である。
【0020】図7及び図8から明らかなように、Moが
多い部分(図8中白い部分)で水素吸蔵合金のクラック
が多数生じていることが認められる。また、同様にし
て、上記(A)電極を1サイクル充放電した後に、
(A)電極の水素吸蔵合金を電子顕微鏡及びX線で調
べたので、それらの結果をそれぞれ図9,図10に示
す。
【0021】図9及び図10から明らかなように、Ta
が多い部分(図10中白い部分)で水素吸蔵合金のクラ
ックが多数生じていることが認められる。 〔実験2〜4〕 実験4より明らかなように、本発明の電極においては
ウ素(B)が多く存在する部位でクラックが生じること
が認められる。そして、このようなホウ素(B)が多く
存在する部位には、実験2及び実験3より明らかなよう
に、Coが多く存在することになる。したがって、本発
明の電極において、Coが多く存在する部分で充放電サ
イクル当初よりクラックが生じることになる。
【0022】このように、充放電サイクル当初よりクラ
ックが多数発生すれば、水素吸蔵合金の反応面積が増大
(即ち、新たな活性面が生成)するので、充放電サイク
ル当初より高率放電特性が向上する。加えて、Coが多
く存在する部分でクラックが多数生じれば、Coの触媒
作用により低温での放電特性が向上する。なお、上記実
施例では、母相と異なる金属間化合物相にCoが多く場
合についてのみ説明したが、該金属間化合物相にNiが
多く存在する場合にも同様の効果を有する。このことは
下記の参考例において明らかにする。
【0023】〔参考例3〕 水素吸蔵合金の原料として、Moの代わりにZrを用い
る他は、上記参考例1と同様にして水素吸蔵合金電極を
作製した(即ち、水素吸蔵合金は、MmNi3.4Co0.8
Mn0.4Al0.4Zr0.09で表される)。
【0024】このようにして作製した電極を、以下(B
1)電極と称する。尚、この場合には、水素吸蔵合金内
の金属間化合物相としてCo2Zrが生じる。〔参考例4〕 水素吸蔵合金の原料として、Moの代わりにTiを用い
る他は、上記参考例1と同様にして水素吸蔵合金電極を
作製した(即ち、水素吸蔵合金は、MmNi3.4Co0.8
Mn0.4Al0.4Ti0.09で表される)。
【0025】このようにして作製した電極を、以下(B
2)電極と称する。尚、この場合には、水素吸蔵合金内
の金属間化合物相としてNi4Ti3が生じる。〔参考例5〕 水素吸蔵合金の原料として、Moの代わりにWを用いる
他は、上記参考例1と同様にして水素吸蔵合金電極を作
製した(即ち、水素吸蔵合金は、MmNi3.4Co0.8
0.4Al0.40.09で表される)。
【0026】このようにして作製した電極を、以下(B
3)電極と称する。尚、この場合には、水素吸蔵合金内
の金属間化合物相としてW−Coが生じる。 〔実験〕 上記(B 1 )電極〜(B 3 )電極における初期の放電率特
性を調べたので、その結果を下記表2に示す。尚、実験
条件及び実験の評価は、前記実験1と同様である。
【0027】
【表2】 上記表2より明らかなように、(B1)電極〜(B3)電
極では、25℃での放電容量が77〜93%であり、前
記(A1)電極〜(A3)電極と同様、放電容量比が高く
なっていることが認められる。また、表2より明らかな
ように、(B1)電極〜(B3)電極では、−10℃での
放電容量比が65〜81%であり、25℃での放電容量
比と比べて余り低下していないことが認められる。 〔その他の事項〕 母相の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、コバルトを含有しているもので
あれば何れの水素吸蔵合金にも適用することが可能であ
る。本発明の水素吸蔵合金電極は、円筒型の蓄電池や
偏平型の蓄電池に用いることが可能である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、充
放電サイクル当初より水素吸蔵合金に多数のクラックが
生じるので、新たな活性面が生成されて、水素吸蔵合金
の反応表面積が大きくなる。この結果、充放電サイクル
当初より合金の活性化が進行し、当初より高率放電特性
が向上する。
【0029】加えて、新たな活性面には触媒作用が大き
コバルトが多量に存在するので、水素の吸蔵放出反応
が生じ難い低温時であっても放電特性が向上するといっ
た優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A1 )電極の水素吸蔵合金のX線回折図であ
る。
【図2】(A2 )電極の水素吸蔵合金のX線回折図であ
る。
【図3】(A1 )電極の水素吸蔵合金における金属組成
の電子反射画像を示す写真である。
【図4】(A2 )電極の水素吸蔵合金における金属組成
の電子反射画像を示す写真である。
【図5】(A1 )電極の水素吸蔵合金におけるEPMA
−ZAFによる定量分析を示すグラフである。
【図6】(A2 )電極の水素吸蔵合金におけるEPMA
−ZAFによる定量分析を示すグラフである。
【図7】(A1 )電極の水素吸蔵合金における金属組成
の電子顕微鏡写真である。
【図8】(A1 )電極の水素吸蔵合金のX線写真であ
る。
【図9】(A3 )電極の水素吸蔵合金における金属組成
の電子顕微鏡写真である。
【図10】(A3 )電極の水素吸蔵合金のX線写真であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田所 幹朗 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 古川 修弘 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−93158(JP,A) 特開 平3−93159(JP,A) 特開 平2−27656(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/24 - 4/26 H01M 4/38 C22C 19/00 - 19/03

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コバルトを含有する希土類系水素吸蔵合
    金からなる水素吸蔵合金電極において、 前記水素吸蔵合金中には、コバルトが濃縮され、且つ希
    土類元素とホウ素を含有する金属間化合物相が存在する
    ことを特徴とする水素吸蔵合金電極。
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