JP3322415B2 - 金属−水素アルカリ蓄電池及びその製造方法 - Google Patents
金属−水素アルカリ蓄電池及びその製造方法Info
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Description
用いる金属−水素アルカリ蓄電池に関する。
は、ニッケル−カドミウム蓄電池のようなアルカリ蓄電
池や,鉛蓄電池等がある。しかし、近年、これらの蓄電
池よりも軽量、且つ、高容量で高エネルギー密度となる
可能性のある水素吸蔵合金を負極に備えた金属−水素ア
ルカリ蓄電池が注目されている。
池に用いられる水素吸蔵合金としては、例えば、特公昭
59−49671号公報に示されているように、LaN
i5や,その改良である三元素系のLaNi4 Co,L
aNi4 Cu,及びLaNi 4.8 Fe0.2 等の合金が知
られている。また、このような水素吸蔵合金を用いて電
池を作製する場合には、特公昭57−30273号公報
に示されているように、水素吸蔵合金鋳塊を粉砕するこ
とにより作製した水素吸蔵合金粉末と導電剤粉末との混
合物を、耐アルカリ電解液性の粒子状結着剤によって電
極支持体に固着させて水素吸蔵合金電極とする方法が提
案されている。
代わりにMm(ミッシュメタル)を用いた各種希土類系
水素吸蔵合金も開発されており、更に、特開昭60−2
50558号公報に示されているように、MmNi3 C
o1.5 Al0.5 等のようなコバルトやアルミニウム等を
添加した多元素系水素吸蔵合金も提案されている。そし
て、このような多元素系水素吸蔵合金を用いた場合に
は、充放電サイクル特性を向上させることができる。
た金属−水素アルカリ蓄電池は、水素吸蔵合金の改良等
によって、その充放電サイクル特性は十分実際の使用に
適合するようになったが、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がある。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。
成処理を充放電による方法で行うと、通常4〜6サイク
ルの充放電サイクルを繰り返す必要があるため、化成処
理に要する時間、延いては電池の製造時間が長くなると
いう課題が生じる。加えて、上記金属−水素アルカリ蓄
電池では、高率充放電サイクルにおける温度上昇によっ
て、サイクル特性が低下するという課題を有している。
上させることによって電池の製造時間の短縮を図ると共
に、サイクル特性が向上された金属−水素アルカリ蓄電
池を提供することを目的とする。
するため、水素吸蔵合金粉末を含む電極を備えた金属−
水素アルカリ蓄電池において、水素吸蔵合金粉末を、水
素吸蔵合金粉末の表面にニッケル水素金属被覆面を形成
する第1の工程と、その後、水素吸蔵合金粉末を粉砕す
ることにより全表面積に対するニッケル金属被覆面の割
合を30〜80%の範囲に調整する第2の工程により作
製することとした。
のように表される。
水素が吸蔵された状態の水素吸蔵合金を示す。〕即ち、
充電は電解液中の水分子が合金表面上で水素原子とな
り、合金中に吸蔵される吸蔵反応によって行われる。一
方、放電は水素吸蔵合金が電気化学的に水素を放出する
放出反応によって行われる。そして、この放出反応は、
電極内部に蓄えられた原子状の水素が水素吸蔵合金の周
囲に存在するOH- と反応することで進行する。しかし
ながら、水素吸蔵合金は空気中の酸素と容易に反応する
ため、サイクルを重ねるにつれて合金表面に酸化膜が存
在することになる。その結果、上記充放電反応が阻害さ
れるため、サイクル特性が低下する。
に、合金表面を完全にニッケルメッキで被覆する方法が
提案されている。この方法は、合金表面の酸化を抑制す
ることができるため、サイクル特性を向上させることが
できるという利点があるものの、以下のような欠点を有
する。即ち、水素吸蔵合金粉末の全表面積に対するニッ
ケル金属被覆面の割合が80%を越える場合には、充放
電サイクル初期での充放電反応が阻害されるため、初期
容量が小さく、満足のいく初期特性を得ることができな
いという欠点がある。
るニッケル金属被覆面の割合が30%未満である場合に
は、充放電サイクル初期において充放電反応が阻害され
ることがないので、初期特性の点では問題はないが、充
放電サイクルを重ねるにつれて合金表面が酸化されてい
くため、サイクル特性が低下するという欠点がある。こ
れに対して、本発明の如く、水素吸蔵合金粉末の全表面
積に対するニッケル金属被覆面の割合が30〜80%の
範囲に規定されていれば、充放電サイクル初期での充放
電反応が阻害されることがなく、且つ、充放電サイクル
の経過に伴う合金表面の酸化を抑制することができる。
したがって、初期特性を向上させることができるので電
池の製造時間の短縮を図ることができると共に、サイク
ル特性の向上を図ることができる。
ル−水素アルカリ蓄電池の部分断面斜視図であり、電池
缶1内には、セパレータ4を介して公知の焼結式ニッケ
ル正極2と,水素吸蔵合金(MmNi3.1 Co0.9 Al
0.2 Mn0.5 )を含む負極3とが配されて成る電極群5
が複数設けられており、この電極群5はそれぞれ絶縁シ
ート6に囲まれている。また、上記電池缶1の上面1a
には、正極端子7と安全弁8と負極端子9とが設けられ
ており、正極端子7は上記正極2と、負極端子9は上記
負極3とそれぞれ接続されている。
ルカリ蓄電池を、以下のようにして作製した。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AlとMnとを元素比で1:3.1:
0.9:0.2:0.5の割合となるようにそれぞれ秤量した
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、MmNi3.1 Co0.9
Al0.2 Mn0.5 で示される水素吸蔵合金鋳塊を作成し
た。続いて、この水素吸蔵合金鋳塊を粒径46μmに粉
砕してニッケルの無電解メッキを施した後、水中粉砕に
よって粒径25μmに再粉砕し、水素吸蔵合金粉末の全
表面積に対するメッキ表面の割合が30%になるように
調整した。その後、この再粉砕した合金に、結着剤とし
てのポリエチレンオキサイド1重量%を加えて均一に混
合した後、更に水を加えてペーストを作成する。この
後、このペーストをニッケルメッキが施されたパンチン
グメタル芯体の両面に、塗着,乾燥し、更に所定の寸法
に切断することにより負極3を作製した。
タ4を介して上記負極3と,公知の焼結式ニッケル正極
2とから成る電極群5を作成した後、この電極群5を電
池缶1内に挿入した。次いで、この電池缶1内にアルカ
リ電解液を注入した後、封口を行い、公称容量10Ah
の電池を作製した。このように作製した電池を以下、
(A1 )電池と称する。 〔実施例2〜6〕再粉砕前の合金の粒径をそれぞれ4
0,35,32,30,28μmと変化させて、メッキ
表面の割合をそれぞれ40,50,60,70,80%
とする他は、上記実施例1と同様にして電池を作成し
た。
(A2 )電池〜(A6 )電池と称する。 〔比較例1〜5〕メッキ表面の割合をそれぞれ0(メッ
キ処理せず),10,20,90,100%とする他
は、上記実施例1と同様にして電池を作成した。
(X1 )電池〜(X5 )電池と称する。尚、(X1 )電
池についてはメッキ処理を行わず、また、(X5 )電池
についてはメッキ処理後の再粉砕を行わないことによ
り、メッキ表面の割合をそれぞれ0%,100%に調整
した。 〔実験1〕上記本発明の(A1 )電池〜(A6 )電池,
及び比較例の(X1 )電池〜(X 5 )電池を用いて初期
容量を調べたので、その結果を表1に示す。尚、実験は
電池を0.1Cで15時間充電した後、同じく0.1Cで電
池電圧が1.0Vに達するまで放電を行うという条件であ
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〜(X 5 )電池を用いてサイ
クル寿命(初期容量の60%に減少する時期)を調べた
ので、その結果を上記初期容量と共に表1に示す。尚、
実験は上記実験1を行った後に更に5サイクルの充放電
を繰り返して容量を略同じに調整した後、電池を1Cで
1時間充電し、同じく1Cで電池電圧が1.0Vに達する
まで放電を行うという条件である。 〔実験1及び実験2のまとめ〕
合が90%,100%である比較例の(X4 )電池,
(X5 )電池は、本発明の(A1 )電池〜(A6 )電池
に比べて、著しく初期容量が小さいことが認められる。
これは、メッキ表面の割合が80%を越えると、合金表
面に被覆されたニッケルメッキによって充放電サイクル
初期での充放電反応が阻害されることによるものであ
る。
(メッキ処理をしない),10%,20%である比較例
の(X1 )電池〜(X3 )電池は、本発明の(A1 )電
池〜(A6 )電池に比べて、著しくサイクル寿命が短い
ことが認められる。これは、メッキ表面の割合が30%
未満であると、充放電サイクルを重ねていくにつれて合
金表面が酸化されていくため、容量が低下することによ
るものである。
(A6 )電池のように、メッキ表面の割合が30〜80
%の範囲内であれば、充放電サイクル初期での充放電反
応が阻害されることがなく、且つ、充放電サイクルの経
過に伴う合金表面の酸化を抑制することができる。した
がって、初期特性を向上させることができるので電池の
製造時間の短縮を図ることができると共に、サイクル特
性の向上を図ることができる。
としては、再粉砕後の合金の粒径が、再粉砕前の合金の
粒径の0.5〜0.9倍となるように粉砕するのが好まし
い。 〔その他の事項〕上記実施例では、希土類系の水素吸蔵
合金としてMmNi3.1 Co0.9 Al0. 2 Mn0.5 を用
いたが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、
例えば、Ti−Ni系,Ti−Mn系,Ti−Fe系,
Mg−Ni系,Zr−Ni系,Zr−Mn系等の水素吸
蔵合金を用いても上記実施例と同様の効果を奏する。
末の全表面積に対するニッケル金属被覆面の割合が30
〜80%の範囲に規定されているので、充放電サイクル
初期での充放電反応が阻害されることがなく、且つ、充
放電サイクルの経過に伴う合金表面の酸化を抑制するこ
とができる。したがって、初期特性を向上させることが
できるので電池の製造時間の短縮を図ることができると
共に、サイクル特性の向上を図ることができるといった
優れた効果を奏する。
ルカリ蓄電池の断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 水素吸蔵合金粉末を含む電極を備えた金
属−水素アルカリ蓄電池において、上記水素吸蔵合金粉末が、 水素吸蔵合金粉末の表面にニッケル水素金属被覆面を形
成する第1の工程と、該水素吸蔵合金粉末を粉砕するこ
とにより全表面積に対するニッケル金属被覆面の割合を
30〜80%の範囲に調整する第2の工程により作製さ
れる ことを特徴とする金属−水素アルカリ蓄電池。 - 【請求項2】 水素吸蔵合金粉末の表面にニッケル水素
金属被覆面を形成する第1の工程と、 前記第1の工程の後に水素吸蔵合金粉末を粉砕すること
により全表面積に対するニッケル金属被覆面の割合を3
0〜80%の範囲に調整する第2の工程とを有すること
を特徴とする金属−水素アルカリ蓄電池用水素吸蔵合金
の製造方法 。
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1992
- 1992-03-17 JP JP06007792A patent/JP3322415B2/ja not_active Expired - Lifetime
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