JP3184609B2 - 金属酸化物・水素電池及びその製造方法 - Google Patents
金属酸化物・水素電池及びその製造方法Info
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Description
とし、水素を負極活物質とする金属酸化物・水素電池に
関するものである。
負極を水素吸蔵合金で構成した形式のものが注目を集め
ている。その理由は、この電池系が元来、高エネルギー
密度を有し、容積効率的に有利であり、しかも安全作動
が可能であって、特性的にも信頼度の点でも優れている
からである。
素吸蔵合金としては、従来からLaNi5が多用されて
いる。このような、希土類成分としてLa元素のみを含
む水素吸蔵合金は、たしかに電池負極材料として優れて
いるが、Laが高価であるために実用的ではない。この
ため、La,Ce,Pr,Nd,Smなどのランタン系
元素の混合物であるミッシュメタル(以下、Mmとい
う)とNiとの合金、すなわちMmNi5も広く用いら
れている。
は、Niの一部をAl,Mn,Fe,Co,Ti,C
u,Zn,Zr,Cr,V,Bのような元素で置換した
多元素系のものも使用されている。このような水素吸蔵
合金は、機械粉砕などの方法で粉末状としてたものを使
用している。
金属酸化物・水素電池は、充放電サイクル寿命がばらつ
くという問題点があった。充放電サイクル寿命を低下さ
せる直接的な原因は、金属酸化物・水素電池では、充放
電サイクルの進行に従って水素吸蔵合金が水素化粉砕さ
れ微粉化し、負極材料の劣化が進行するためである。そ
してサイクル寿命のばらつきは、水素吸蔵合金の微粉化
の進行が合金ロットによって異なることに起因する。こ
の微粉化現象の進行に見られる差異は、水素吸蔵合金中
の不純物、合金製造条件の変動による合金均質性のばら
つきなどの影響と考えられる。
るためになされたもので、満足しうる充放電サイクル寿
命を与える金属酸化物・水素電池を提供しようとするも
のである。
水素吸蔵合金を主材料としてなる負極を備えた金属酸化
物・水素電池を組み立てたときに、水素吸蔵合金のJI
SZ2244によるビッカース硬さ及び水素化粉砕した
水素吸蔵合金の比表面積が、電池の充放電サイクル寿命
に相関があることを見出し、これに着目して本発明に到
達した。
は、金属酸化物からなる正極と、希土類系水素吸蔵合金
を主材料としてなる負極と、アルカリ電解質を備えた金
属酸化物・水素電池において、水素吸蔵合金のJISZ
2244によるビッカース硬さが、600以上であり、
かつ、温度2〜30℃、5〜10気圧(ゲージ圧)の水
素圧の条件で1回水素化粉砕された場合の該合金粉の比
表面積が、BET法による測定で、0.20m2/g以
下であるという特性を満たす希土類系水素吸蔵合金のイ
ンゴットを用い、これを粉砕して得られる粉末を含む負
極を用いたことを特徴とするものである。また、本発明
は上記特性を有する水素吸蔵合金のインゴットを用いて
負極用合金粉末を製造することを特徴とする金属酸化物
・水素電池の製造方法である。
(式中LmはLaを含む少なくとも1種の希土類元素で
あり、AはNi及びTaであり、又はNi,Co,M
n,Al,B,Cu,Zr及びVよりなる群から選択さ
れる元素を含有し、xは4.8〜5.2である)で示さ
れる組成のものが、水素吸蔵能力から好ましい。
2244によるビッカース硬さの下限値を600とし、
前述の条件で水素化粉砕した水素吸蔵合金のBET法に
よる比表面積の上限値を0.20m2/gとした理由
は、この条件を満たさない場合、サイクル寿命が著しく
短くなるためである。好ましくはビッカース硬さ620
以上、比表面積0.02〜0.16m2/gである。
原因となる水素吸蔵合金の微粉化進行のロット間の差異
は、水素吸蔵合金中の不純物、合金製造条件の変動によ
る合金均質性のばらつきによると考えられるが、これら
の原因は、水素吸蔵合金の物性においては、硬さに影響
を及ぼしていると考えられる。従ってビッカース硬さと
サイクル寿命とに相関が生じている。
その結晶格子に水素原子が入りこみ、格子が膨らむた
め、内部応力によって破壊が起こり、水素化粉砕が起こ
る。この際、水素吸蔵合金の粉末の比表面積は、合金の
微細構造などの性質、ならびに水素化粉砕の条件、すな
わち温度と水素圧によって決まる。また、水素化粉砕が
繰り返されると、一般にそれに伴って微細となり、次第
に比表面積が増すので、比表面積は水素化粉砕される回
数にも影響される。
が、温度が2〜30℃、例えば10℃で、水素圧が5〜
10気圧、例えば10気圧という条件で、1回水素化粉
砕されたときに得られる合金粉末の比表面積は、電池の
充放電サイクル寿命との間に相関性があることを見出し
た。すなわち、上述の要件を満たす水素吸蔵合金を機械
粉砕などの方法で粉砕し、得られた該合金の粉末を負極
材料として用いると、充放電サイクル寿命の長い電池を
得ることができる。このような水素吸蔵合金の粉末を得
るには、機械粉砕、水素化粉砕、噴霧粉砕など、任意の
方法をとることができる。実際の製造においては、設備
が簡単で作業が容易なことと、安全性から、機械粉砕が
好ましい。前述の条件での比表面積のパラメータが本発
明の範囲のものであれば、実際に負極材料の製造に用い
る水素吸蔵合金の粒径は任意であり、たとえば平均粒径
20〜70μmの範囲でよい。
蔵合金粉末に、好ましくは高分子結着剤を配合し、必要
に応じて導電性粉末を配合して調製される合剤を用いて
作製される。すなわち、このような合剤を、集電体であ
る導電性芯体に被覆、固定した構造を有する。高分子結
着剤としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム、ポ
リテトラフルオロエチレン(PTFE)、カルボキシメ
チルセルロース及びその塩(CMC)などを挙げること
ができ、これらを併用してもよい。かかる高分子結着剤
の配合割合は、水素吸蔵合金粉末100重量部に対し
て、0.5〜5重量部の範囲であることが望ましい。
ては、例えばカーボンブラック、黒鉛などを挙げること
ができる。かかる導電性粉末の配合割合は、前記の水素
吸蔵合金粉末100重量部に対して4重量部以下である
ことが望ましい。前記の集電体である導電性芯体として
は、例えばパンチドメタル、エキスパンドメタル、金網
などの二次元構造のもの、発泡メタル、網状焼結金属繊
維などの三次元構造のものなどを挙げることができる。
ッケル酸化物電極のような金属酸化物電極が用いられ
る。すなわち、水酸化ニッケルの他に高分子結着剤など
を含有する組成のペースト、たとえば焼結繊維基板、発
泡メタル、不織布めっき基板又はパンチドメタル基板な
どに充填する方法によって作成される。この高分子結着
剤としては、前記の負極における高分子結着剤と同様の
ものを挙げることができる。本発明に用いられるアルカ
リ電解液は、たとえば、15〜50g/リットルの水酸
化リチウムが添加された25〜31重量%の水酸化カリ
ウム水溶液である。
放電のサイクル寿命のばらつきを小さくしかつ向上でき
る。
細に説明する。本発明はこれらの実施例によって限定さ
れるものではない。また、組成の%はいずれも重量%を
意味する。
e4.6%,Pr12.1%,Nd37.0%,その他
の希土類元素1.1%)、Ni,Co,Mn及びAlを
構成成分とし、高周波溶解によって、LmNi4.2C
o0.2Mn0.3Al0.3の組成を有する合金イン
ゴットを作成した。このインゴットについて、検査とし
て、JISZ2244に従ってピッカース硬さを測定し
た。また、10℃,10気圧の水素圧の条件で、1回水
素化粉砕を行い、その比表面積をBET法によって測定
した。その結果ピッカース硬さ590,604,62
4,629,637、比表面積0.22,0.20,
0.16,0.13,0.10m2/gの要件を満たす
ものを用意した。このうち、ピッカース硬さ590、比
表面積0.22m2/gを示した試料No.5は比較例
である。これらのインゴットを、それぞれ機械粉砕にか
けて、平均粒径が30〜40μmの各水素吸蔵合金の粉
末を得た。
ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリル酸ナトリウ
ム及びカルボキシメチルセルロースナトリウム塩を併用
し、導電剤としてカーボンブラックならびに水を添加し
て混合することにより、ペーストを調製した。このペー
ストをパンチドメタルに塗布・乾燥・プレスし、裁断す
ることにより、負極を作製した。一方、水酸化ニッケル
及び酸化コバルトを含有するペーストを調製した。この
ペーストをニッケル焼結繊維基板に充填・乾燥・プレス
し、裁断することにより、非焼結式ニッケル酸化物正極
を作製した。
の試験用電池は、前記のアクリル樹脂製の容器本体1と
キャップ2とからなる電池容器を備える。該容器本体1
の中心部には、AAサイズの電池の金属容器と同一の内
径及び高さを有する空間3が形成されており、この空間
3の内部には、前記の水素吸蔵合金を主成分とする負極
及び非焼結式ニッケル酸化物正極を、ポリイミド製の厚
さ0.20mmの不織布を介して巻回して作製した電極
群4が収納され、さらに、この空間に水酸化カリウム7
規定、水酸化リチウム1規定の水溶液からなる電解液が
注液され、封口されている。前記の容器本体1の上に
は、ゴムシート6及びOリング7を介してボイド8及び
ナット9により、内圧を検出するための圧力検出器5を
付した前記のキャップ2が気密に固定されている。負極
からの負極リード10と正極からの正極リード11は、
前記のゴムシート6と前記のOリング7との間を通して
導出されている。
試験を行った。その結果を表1に示す。なお、表1にお
いて、サイクル数とは、1C放電及び1C充電を繰り返
し、電池内圧が20kg/cm2に達したときのサイク
ル数を意味する。
カース硬さが600以上であり、前述の条件で水素化粉
砕された場合の合金粉末の比表面積が、BET法による
測定で0.20m2/g以下であるような水素吸蔵合金
を使用した金属酸化物・水素電池は、サイクル寿命が長
く、かつ安定している。
主材料とする負極材料を用いることにより、充放電サイ
クル寿命特性にばらつきがなくなり、負極材料として使
用した場合、サイクル寿命を満足させる金属酸化物・水
素電池を提供することができる。本発明の金属酸化物・
水素電池は、パソコン、ヘッドホンステレオ、8mmビ
デオなど、大電流を要する機器の電源として用いられ、
従来のニッケル・カドミウム電池に替わるものとして期
待されている。
Claims (3)
- 【請求項1】 金属酸化物からなる正極と、希土類系水
素吸蔵合金粉末を主材料とする負極と、アルカリ電解液
を備えた金属酸化物・水素電池において、該水素吸蔵合
金のJISZ2244によるビッカース硬さが、600
以上であり、かつ、温度2〜30℃、5〜10気圧の水
素圧の条件で1回水素化粉砕された場合の該合金粉の比
表面積が、BET法による測定で、0.20m2/g以
下である要件を満たす希土類系水素吸蔵合金の粉末を含
む負極を用いたことを特徴とする金属酸化物・水素電
池。 - 【請求項2】 JISZ2244によるビッカース硬さ
が、600以上であり、かつ、温度2〜30℃、5〜1
0気圧の水素圧の条件で1回水素化粉砕された場合の比
表面積が、BET法による測定で、0.20m2/g以
下である特性を有する希土類系水素吸蔵合金を用い、こ
のインゴットを機械粉砕して得られる合金粉末を含む負
極を用いることを特徴とする金属酸化物・水素電池の製
造方法。 - 【請求項3】 該希土類系水素吸蔵合金が、一般式Lm
Ax(式中、LmはLaを含む少なくとも1種の希土類
元素であり、AはNi,Co,Mn,Al,B,Cu,
Zr及びVよりなる群から選択される元素を含有し、x
は4.8〜5.2である)で示される組成である請求項
1記載の金属酸化物・水素電池
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JP13744692A JP3184609B2 (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 金属酸化物・水素電池及びその製造方法 |
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JP13744692A Expired - Fee Related JP3184609B2 (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 金属酸化物・水素電池及びその製造方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1992
- 1992-04-14 JP JP13744692A patent/JP3184609B2/ja not_active Expired - Fee Related
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