JPH05331506A - 粒状水素吸蔵合金の製造法 - Google Patents

粒状水素吸蔵合金の製造法

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JPH05331506A
JPH05331506A JP4137303A JP13730392A JPH05331506A JP H05331506 A JPH05331506 A JP H05331506A JP 4137303 A JP4137303 A JP 4137303A JP 13730392 A JP13730392 A JP 13730392A JP H05331506 A JPH05331506 A JP H05331506A
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hydrogen storage
alloy
storage alloy
graphite
powder
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JP4137303A
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Takasumi Shimizu
孝純 清水
Takao Okochi
敬雄 大河内
Koichi Morii
浩一 森井
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/383Hydrogen absorbing alloys
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 水素を可逆的に吸蔵・放出する合金を高純度
CaOるつぼにおいて溶解し、この合金の融点の50℃
以上で200℃以下の温度において高速回転している黒
鉛または黒鉛と炭素繊維複合材からなる円板上に溶湯を
注ぎ、遠心噴霧して急冷凝固する。 【効果】 水素吸蔵合金の微細粉末の取得と、その電池
材料への応用における容量増大等の特性向上が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は粒状水素吸蔵合金の製
造法に関するものである。さらに詳しくは、電池用電極
材料等として有用な微細組織を有する粒状水素吸蔵合金
の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来より、水素を可逆的に吸
蔵・放出する水素吸蔵合金が知られており、電気、電
子、化学工業等の諸分野においてその応用のための検討
が進められている。この水素吸蔵合金については、その
粉末を電子・電気機器の小型電源としての電池に用いる
ことが提案され、注目を集めている。水素吸蔵合金の粉
末から電池電極を製造し、電池の容量増加を図り、新し
い高容量小型電源として活用しようとするものである。
その使用態様はアルカリ二次電池の電極(負極)であ
る。
【0003】そして、この水素吸蔵合金を用いて電池電
極を製造するためには、水素吸蔵合金を所定の粒度に揃
えるための粉砕が必要であることから、従来は、水素吸
蔵合金のインゴットへ水素を吸収させ、放出させること
により粉砕することや、ボールミル、カッターミル等に
よって機械的に粉砕する方法が採用されてきている。し
かしながら、水素吸蔵合金に水素を吸脱着する粉砕方法
では粉砕後の水素引抜きが不完全だと水素吸蔵合金粉末
が発火する危険性がある他、合金組成の僅かな偏在によ
り粉砕される粒径が部位により異なり、分級時の歩留り
が悪くなるという問題点がある。また、機械的な粉砕法
では粉砕された粉末の粒度分布が非常に広くなりやす
く、分級した際の歩留りが悪い他、直径1μm以下の微
粉末が生成し易く、電極を作製した場合に電池特性に悪
影響を及ぼす恐れがある。さらに、いずれの方法におい
ても出発原料は鋳造したインゴットであり、鋳造時の偏
析を減らすため均質化熱処理を施すもののミクロ偏析は
容易には消滅しにくく、これに起因する局部電池の形成
による腐食の進行、粒界偏析による粒界強度の低さに起
因する微粉化が進行して電池特性の経時劣化が進行する
という欠点がある。
【0004】このため、従来は、高容量で、経時特性も
良好な電極を実現することがきなかった。このような問
題を解決するための方法として、高速回転体の走行面に
水素吸蔵合金の溶湯を供給し、この回転体の運動力によ
って水素吸蔵合金を微細分散させ、急速凝固させる方法
が提案されてもいる(特開昭平3−116655号公
報)。
【0005】この方法は、均一微細粉末を形成する方法
として有利なものであるが、一方、このすでに提案され
ている方法の場合には、水素吸蔵合金の水素吸蔵特性が
失われる場合や、電池容量の増加が期待できないもの、
さらには経時劣化が大きなもの等の不都合の著しい合金
粉末が生成するという欠点があった。そこで、この発明
は、この高速回転体による粉末形成方法の特徴を生かし
つつ、従来技術では実現することのできなかった優れた
特性を有し、微細均一組織を有する、新しい粒状水素吸
蔵合金の製造方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、水素を可逆的に吸蔵・放出する
合金を高純度CaOるつぼにおいて溶解し、この合金の
融点の50℃以上で200℃以下の温度において高速回
転している黒鉛または黒鉛と炭素繊維複合材からなる円
板上に溶湯を注ぎ、遠心噴霧して急冷凝固することを特
徴とする粒状水素吸蔵合金の製造法を提供する。
【0007】またこの発明は、前記の急冷凝固により得
られる粒子をさらに機械的に粉砕し、もしくは水素化・
脱水素処理して粉砕し、粒径100μm以下の粒子とす
ることを特徴とする水素吸蔵合金の製造法をも提供す
る。すなわち、この発明においては、高速回転している
円板上に水素吸蔵合金の溶湯を注ぎ、遠心噴霧させ、急
冷凝固させることをその構成としているが、その際に、
水素吸蔵合金の溶解を高純度CaOるつぼにおいて溶解
することと、回転円板上への注湯を、合金の融点より5
0℃以上で200℃以下の特定の温度範囲にあるように
温度制御し、しかも、黒鉛または黒鉛と炭素繊維との複
合材という特定の材料によって形成された円板を使用す
ることを必須としている。
【0008】CaOからなるるつぼは、CaO含有量が
少なくとも96%の高純度のものを使用する。るつぼに
高純度CaOを用いることは、水素吸蔵合金の組成を所
定のものとするために必須であり、このるつぼとして、
カーボンるつぼや、MgO等の他種酸化物、あるいは銅
等の金属を用いる場合には、水素吸蔵合金成分との反応
や酸化が生じ、所定の組成の水素吸蔵合金が得られない
ことになる。
【0009】水素吸蔵合金の溶解後の回転円板上への注
湯については、前記の通りの温度範囲にあるものとする
が、合金の融点より50℃未満、もしくは200℃を超
えた温度とする場合には、円板体による分散によって生
成される合金微粒子の粒径が均一になりにくく、しか
も、微細組織の均一性が失われるという問題が生じる。
そして、高速回転の円板体は、そのぬれ性および強度、
さらには溶湯との反応を抑制する等の点から、前記の通
り、黒鉛もしくは黒鉛と炭素繊維複合体によって製造さ
れたものとする。
【0010】水素吸蔵合金のこの高速回転円板体への注
湯による噴霧分散は、アルゴン、ヘルウム等の不活性ガ
ス雰囲気において、もしくはこれら不活性ガスに水素を
5〜20%程度含有された雰囲気とするのが好ましい。
円板体は所要の水素吸蔵合金の粒径によってその回転速
度を変えることができる。たとえば、水素吸蔵合金の注
湯落下速度を3kg/分程度とする場合には、10000
rpm で300μm〜1mm程度の粒径のものを、また20
000rpm で90μm〜150μm程度のものを製造す
ることができる。もちろんこの場合、円板の大きさによ
っても変ってくる。
【0011】噴霧分散させた粉末は、回転円板体の周辺
部に配置した壁体あるいは捕集容器部において冷却回収
する。この場合の冷却は、水冷、冷媒冷却等によって行
ない、常温近郊にまで急速に冷却する。粒径100μm
以下にするためには、この発明の方法においては、前記
の噴霧分散により得られた水素吸蔵合金粉末をさらに機
械的に、あるいは水素化・脱水変化によって粉砕するこ
とができる。真空、加熱等の条件が適宜に採用される。
【0012】このような、この発明の製造方法において
は、各種の組成の水素吸蔵合金をその対象とすることが
できる。一般的には、少なくとも希土類元素およびその
混合物、Ni,Ti,Co,Mn,Alで構成されるも
の、少なくともTi,Zr,Ni,V,Co,Mn等に
よって構成されるものなどが例示される。
【0013】
【作用】以上のこの発明の方法によって、微細均一粒径
の水素吸蔵合金と、その微細組織の均一性が実現され、
しかもこの発明による水素吸蔵合金の場合には、その組
成が安定で、水素吸蔵特性はもちろんのこと、電池電極
として使用する場合には、高容量を実現し、経時的劣化
も抑制されることになる。
【0014】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明の方法について説明する。
【0015】
【実施例】実施例1 Mm(La+Ceその他の希土類の混合物)、ペレット
状Ni、電解Mn、Alショット、電解Coを原料とし
て、組成式MmNi3.4 Co0.8 Mn0.5 Al 0.3 の配
合になるように、全量で3kgを秤量して、内径110m
m、深さ250mmのCaOるつぼに装入した。真空引き
後、Arガスを0.8 気圧導入して、高周波で溶解を行な
った。全ての原料が解け落ちた後、るつぼを傾動して溶
湯をタンディシュ上に注ぎ、タンダィシュ中心部の3mm
径の孔より、15000rpm で回転している黒鉛ディス
ク(90mm径)の中心部に落下させ、遠心力で飛散させ
粉末を得た(平均粒径120μm)。注湯温度は、合金
融点より80℃高い温度とした。このようにして得た粉
末を使用して、水素吸蔵特性及び半電池状態での放電容
量を求めた。
【0016】その結果を表1に示した。優れた性能の水
素吸蔵合金を得た。また、この粉末を水素化粉砕し、そ
のSEM像を観察した(−75μm)。その結果を示し
たものが図1である。この像から明らかなように、均一
微細粒子が得られていることがわかる。比較のために、
同一組成合金を鋳込み、インゴットを水素化粉砕した場
合のSEM像を図2に示した。不均一粒子であることが
わかる。
【0017】実施例2 スポンジZr,スポンジTi,ペレット状Ni,Vメタ
ル,電解Mn,電解Feを原料として、組成式Zr0.5
Ti0.5 (V0.5 Ni1.1 ,Mn0.2 Fe0.2) 1.8 にな
るように配合し、全量で2kgを秤り取り、CaOるつぼ
に装入し溶解した。溶解中の雰囲気はHeガス0.8 気圧
とした。注湯温度は、合金融点より約100℃高い温度
とした。ディスクは、直径110mmの黒鉛炭素繊維複合
材料を用いた。ディスクの回転数は30,000rpm である。
得られた粉末(平均粒径50μm)を使用して、実施例
1と同様に水素吸蔵特性及び、放電容量を測定した。そ
の結果も、表1に示した。
【0018】なお、実施例1および実施例2において、
水素吸蔵特性は、内径約5mm、長さ150mmのステンレ
ス製パイプに、合金約6gを充填し、活性化処理後、水
素圧力を変化させ、その時の吸蔵量を求めて得た。また
放電容量は、合金1gに対して、Ni粉末3g、ポリエ
チレン樹脂0.1 gの割で混合してペースト状にし、Ni
網に塗り込んで電極とした。充電は、0.1A×5.5hr 行
い、放電は、0.05Aで、0.7 Vカットで容量を測定し
た。
【0019】比較例1〜4 実施例1と同じ組成の合金をCaOるつぼ中で溶解し、
ディスク材等としてTi,Ti−6Al−4V合金、N
i,SUS304を用いて、N2 ガス雰囲気中で噴霧
し、粉末を得た。いずれの材質とも、溶湯との反応が顕
著であり、中心部が大きくえぐられていた。また、一部
では、ディスクが破壊したものもみられた。表1に示し
た通り、粉末には水素吸蔵特性はなかった。
【0020】比較例5〜6 実施例2の合金を黒鉛、MgOのるつぼ中で溶解し、実
施例2と同じように噴霧して粉末を得た。表1に示した
ように、水素吸蔵特性、電池容量ともに、実施例2のも
のにはるかに劣っている。比較例7 実施例2と同じ合金をCaOるつぼ中で溶解し、鋳鉄製
の鋳型に入れて凝固させた。インゴットの形状は約Φ4
60mm×120mmである。これを機械的に粉砕し、平均
粒径50μmの粉末を得、同様に電池としての特性を評
価した。
【0021】特性は、実施例2に比べてはるかに劣って
いた。
【0022】
【表1】
【0023】
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、水素吸蔵合金の微細粉末の取得と、その電池材料へ
の応用における容量増大等の特性向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の粒状合金の水素化後のSEM像図で
ある。
【図2】従来のインゴットからの粒子の水素化後のSE
M像図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素を可逆的に吸蔵・放出する合金を高
    純度CaOるつぼにおいて溶解し、この合金の融点の5
    0℃以上で200℃以下の温度において高速回転してい
    る黒鉛または黒鉛と炭素繊維複合材からなる円板上に溶
    湯を注ぎ、遠心噴霧して急冷凝固することを特徴とする
    粒状水素吸蔵合金の製造法。
  2. 【請求項2】 遠心噴霧による急冷凝固時の雰囲気を不
    活性ガスもしくは不活性ガスと水素との混合とする請求
    項1の製造法。
  3. 【請求項3】 請求項1の急冷凝固により得られる粒状
    をさらに機械的に粉砕し、もしくは水素化・脱水素処理
    して粉砕し、粒径100μm以下の粒子とすることを特
    徴とする粒状水素吸蔵合金の製造法。
JP4137303A 1992-05-28 1992-05-28 粒状水素吸蔵合金の製造法 Pending JPH05331506A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0736919A1 (de) * 1995-04-06 1996-10-09 VARTA Batterie Aktiengesellschaft Alkalische Metalloxid-Metallhydrid-Batterie
US5605585A (en) * 1993-07-15 1997-02-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for producing hydrogen storage alloy particles and sealed-type nickel-metal hydride storage battery using the same

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US5605585A (en) * 1993-07-15 1997-02-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for producing hydrogen storage alloy particles and sealed-type nickel-metal hydride storage battery using the same
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