JPH06283169A - 密閉型二次電池 - Google Patents

密閉型二次電池

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JPH06283169A
JPH06283169A JP5068964A JP6896493A JPH06283169A JP H06283169 A JPH06283169 A JP H06283169A JP 5068964 A JP5068964 A JP 5068964A JP 6896493 A JP6896493 A JP 6896493A JP H06283169 A JPH06283169 A JP H06283169A
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JP
Japan
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capacity
alloy
manganese
vanadium
secondary battery
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JP5068964A
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English (en)
Inventor
Michiko Igawa
享子 井川
Tatsuo Horiba
達雄 堀場
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Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】耐腐食性に優れた金属水素化物電極を提供し、
従来よりも長寿命のニッケル−金属水素化物電池を得
る。 【構成】特定の組成比のMn、V、Coを含む水素吸蔵
合金を負極に用いる。 【効果】 特定組成のMnとV、及びVとCoのマトリ
ックスがアルカリ電解液に対する酸化及び溶出を抑制し
て、充放電特性が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は二次電池に係り、特にニ
ッケル−金属水素化物電池などの水素吸蔵合金を主成分
とする負極を有する密閉型二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】各種の小形コードレス機器の急速な普及
とともに電源となる電池の需要も増大している。二次電
池は、需要増加とともに使い易さの点から高容量化、急
速充放電化などの要求が高まっている。中でも一回の充
電による機器の使用時間の長くできる高容量化に対する
消費者の要求は根強いものがあり、その点での技術の開
発がたゆまなく続けられて来た。水素吸蔵合金を主成分
とする負極を有するニッケル−金属水素化物電池は、電
池電圧、放電特性などがニッケル−カドミニム電池とほ
とんど同じで互換性を有しておりながら、電池容量が3
0〜50%増加することが期待できる電池として注目さ
れている。
【0003】ニッケル−金属水素化物電池は、負極に用
いる水素吸蔵合金の組成により水素の吸蔵放出特性が異
なる。その特性としては、室温付近で吸蔵放出能が大き
く、平衡圧が5気圧以下であること、水素化触媒作用が
大きいことや、微粉化が起こりにくいことなどが望まし
い。そのため、ランタン・ニッケル系合金やチタン・ニ
ッケル系合金、ジルコニウム・マンガン系合金、ジルコ
ニウム・ニッケル系合金、マグネシウム系合金など様々
な水素吸蔵合金が検討され、合金の多元化によって、比
較的好ましい特性が得られるようになってきた。なかで
も、ジルコニウム・マンガン系合金や、ジルコニウム・
ニッケル系合金は高容量化が期待されている合金系の一
つであり、例えばTi、Mn、Fe、Pd、V、Cr、
Cuを添加したNi−Zr系合金(特開平3−2777
37号公報)やZr、Mn、V、Cr、Niを構成元素
とする合金(特開平3−289041号公報)、Ti、
Zr、Ni、Mn、Cr、Co(特開平1−10285
5号公報)、Zr、V、Mn、Ni(特開昭64−60
961号公報)、Ti、Zr、Ni、V、Cr(特開昭
61−45563号公報、特開平1−119636号公
報)などの合金組成が好ましい特性が得られるとして提
案されている。しかし、電池として安定に作動するに
は、アルカリ電解液に対する耐腐食性向上が必要であ
り、この点で十分な改善がなされていなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に示した
ように、ニッケル−金属水素化物電池においては、水素
吸蔵合金の多元化により、前述のような好ましい特性を
持った合金が得られている。しかし、電池としてさらに
改善しなければならない点は、アルカリ電解液に対する
腐食である。とりわけ、ジルコニウムを含む合金は緻密
な酸化被膜を形成するために、気相中での水素吸蔵量よ
りもはるかに低い放電容量しか得られず、また、ジルコ
ニウムの酸化被膜が抵抗層となるため急速放電が困難で
あるなどの欠点がある。さらに、マンガン、パナジウム
などの元素はアルカリ溶液中で容易に酸化、溶解するた
め、容量が低く、サイル寿命も短いといった問題点もあ
る。
【0005】本発明の目的は、水素吸蔵合金のアルカリ
溶液中での耐腐食性の向上を解決するための金属水酸化
物極に用いる合金組成の最適化を図り、従来よりも高容
量で長寿命のニッケル−金属水素化物電池を得ることに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めZr−Niを母体とするAB2 (ZrNi2 )合金
で、その合金組成を細かく変えて電池としての特性を評
価したところ、MnやV、Zrなどのように高容量化に
効果があると考えられる元素が腐食しやすい元素であっ
たり、TiやCo、Feなどのように腐食を抑制する効
果のある元素がその添加により容量を低下させたりする
場合が多いことがわかった。そこで、それぞれの添加元
素の相乗効果により高容量化に加えて、耐腐食性の向上
をも図れるような元素の組合せを調べた。その結果、特
定の元素の組合せによっては高容量でかつ耐腐食性の向
上を図れること、それら単独よりも相乗効果によってさ
らに効果が上がること、また、添加比率が特定の範囲に
おいて優れた特性を示すことが判明した。
【0007】まず、MnのみをNiに対し置換し、その
添加量を変えて容量と容量低下率を測定したところMn
のみでは添加量を増やすと容量低下率は増大し、容量が
最大となる添加量は0.5〜0.7モル比であった。一
方、VのみをNiに対し置換した場合には容量が最大と
なる添加量は0.6〜0.8モル比で容量低下率も添加
量の増加とともに高いことがわかった。このときのNi
添加量について注目すると、いずれもNi添加量が1.
0〜1.3モル比のとき容量が最大となることが判っ
た。次にNi量を1.2に固定して、Mn及びVの添加
量を変えて、容量を調べたところ容量はMn/Vモル比
が1.0より大きく2.0より小さい範囲で最大となっ
た。このとき、Mn単独やV単独よりも容量が高く、両
方の添加の相乗効果により性能が大幅に向上したと考え
られる。すなわち、MnとVについて相乗効果が得られ
ることが判明した。さらにCoを添加することにより耐
食性の向上が図れ、Coの代わりにFeを添加すると容
量は大きく低下した。Feの場合、Vの添加量の増大に
より容量低下が著しく、FeとVは双方の添加により反
って耐腐食性を低下させていると考えられる。これに対
し、CoとVの添加効果は両者の相乗効果により、そら
れ単独よりもさらに効果が高い。Zrの一部をTi、L
a、Y、Hfで置換した場合にも、容量はMn/Vモル
比に依存し、モル比が1.0より大きく2.0より小さ
い範囲で最大となった。このような効果はMnとV、V
とCoからなる特定の組成比のマトリックスがそれぞれ
個々の特性とは異なった特徴を示したためと考えられ
る。すなわち、強固なマトリックスの形成により、Mn
とVの溶出を抑制し、Zrの酸化被膜を形成しずらくし
ているものと思われる。
【0008】
【作用】本発明の作用は、Mn、V、Coの特定の組成
比を持った組合せにより、容量の向上と腐食の抑制を図
ることができたことにあり、その理由としては特定の組
成比のMnとV、及びVとCoからなる強固なマトリッ
クスが、各元素の酸化と溶出を抑制できたためである。
【0009】
【実施例】本発明を密閉型ニッケル−金属水素化物電池
に適用した実施例により更に具体的に説明する。 実施例1 水素吸蔵合金としてZrNi2-x-yxMny(y/xは
0.5以上5.5以下)の組成の合金を用いた。合金は
直径50ミクロン以下の粒子に粉砕した。合金粉末を活
性化処理した後、発泡ニッケル基体に充填し、ローラプ
レスにより所定の厚さの金属水素化物電極を得た。ニッ
ケル極には、気孔率95%の発泡ニッケルを電極基体に
用いたペースト式電極を用いた。これらの電極により単
三型の密閉型ニッケル−金属水素化物電池を作製した。
正極及び負極を厚さ0.17mmのポリプロピレン樹脂
製不織布のセパレータを介して捲回し、電池缶内に挿入
した。電解液には31wt%の水酸化カリウムを含む水
溶液に少量の水酸化リチウムを添加したものを用いた。
室温下で0.3CmAで容量に対し150%充電、1時
間の休止時間を置いた後、0.2CmAで終止電圧の
1.0Vまで放電した。図1と2に結果を示す。Ni量
が1.0から1.3の範囲、Mn/V量が1.0から
2.0の範囲で容量が最大となり、1050mAhと高
い。
【0010】比較例1 水素吸蔵合金としてZrNi2-xMny(xは0.1以上
0.9以下)の組成の合金を用いた。実施例1と同様に
して電池を作製し、充放電試験を行った。図3に結果を
示す。Mn量が0.5から0.7の範囲で容量が最大と
なったが、それでも900mAhと低い。
【0011】比較例2 水素吸蔵合金としてZrNi2-xx(xは0.1以上
0.9以下)の組成の合金を用いた。実施例1と同様に
して電池を作製し、充放電試験を行った。図4に結果を
示す。V量が0.6から0.8の範囲で容量が最大とな
ったが、それでも900mAhと低い。
【0012】実施例2 水素吸蔵合金としてZrNi1.20.3Mn0.3Co0.2
組成の合金を用いた。実施例1と同様にして電池を作製
し、充放電試験を行った。図5に結果を示す。容量は1
100mAhと高く、サイクル寿命も長い。
【0013】比較例3 水素吸蔵合金としてZrNi1.20.4Mn0.4とZrN
1.20.3Mn0.3Fe0.2の組成の合金を用いた。実施
例1と同様にして電池を作製し、充放電試験を行った。
図5に結果を示す。Co添加合金に比べて容量も低くサ
イクル寿命も短い。
【0014】実施例3 水素吸蔵合金としてZrNi1.9-xxCo0.1(xは
0.2以上0.9以下)の組成の合金を用いた。実施例
1と同様にして電池を作製し、充放電試験を行った。図
6に結果を示す。最大容量は930mAhであり、V量
が増加しても容量の低下は少ない。
【0015】比較例4 水素吸蔵合金としてZrNi1.9-xxFe0.1及びZr
Ni2-xx(xは0.2以上0.9以下)の組成の合金
を用いた。実施例1と同様にして電池を作製し、充放電
試験を行った。図6に結果を示す。Fe添加の場合、最
大容量でも780mAhと低く、V量が増加すると容量
の低下が大きい。添加しない場合でもCo添加に比べて
容量が低く、V量が増加すると容量の低下が大きい。
【0016】実施例4 水素吸蔵合金として表1〜4に示す合金を用いて実施例
1と同様にして電池を作製し、充放電試験を行った。結
果を表5〜8に示す。容量は1001〜1298mAh
で、460〜970サイクルの充放電が可能であった。
【0017】比較例5 表9に示す合金を用いて実施例1と同様にして電池を作
製し、充放電を行った。結果を表10に示す。容量は8
55〜950mAhで、150〜330サイクルと容量
も低く、寿命も短い。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】
【表4】
【0022】
【表5】
【0023】
【表6】
【0024】
【表7】
【0025】
【表8】
【0026】
【表9】
【0027】
【表10】
【0028】
【発明の効果】上記実施例の結果から明らかなように、
本発明によれば、水素吸蔵合金の酸化を抑制し、高容
量、長寿命のニッケル−金属水素化物電池を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】放電容量のMn/Vモル比保存性図である。
【図2】放電容量のNi量依存性図である。
【図3】放電容量のMn量依存性図である。
【図4】放電容量のV量依存図である。
【図5】Co、Fe添加によるサイクル特性の変化図で
ある。
【図6】Co、Fe添加合金における放電容量のV量依
存性図である。
【符号の説明】
1は添加なし、2はFe添加、3はCo添加、4はFe
添加、5は添加なし、6はCo添加、

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極、セパレータ、水素吸蔵合金を主成分
    とする負極、及びそれらの各部分に分布する電解液によ
    り構成される二次電池において、負極に用いる合金にジ
    ルコニウムとニッケルを主成分とし、マンガンとバナジ
    ウムを含み、マンガン/バナジウムモル比が1.0より
    大きく2.0より小さい範囲にあることを特徴とする密
    閉型二次電池。
  2. 【請求項2】正極とセパレータと水素吸蔵合金負極とが
    密封容器に収容され、電解液が充填された密閉型二次電
    池において、前記負極合金組成として、ジルコニウムと
    ニッケルを主成分とし、バナジウムとコバルト、又はバ
    ナジウムとマンガンとコバルトを含む組成の合金である
    ことを特徴とする密閉型二次電池。
  3. 【請求項3】前記負極合金組成として、ニッケル/ジル
    コニウムモル比が1.0より大きく1.3より小さいこ
    とを特徴とする請求項(1)又は(2)記載の密閉型二
    次電池。
  4. 【請求項4】負極にチタン、ランタン、イットリウム、
    ハフニウムのいずれか一つを含むことを特徴とする請求
    項(1)又は(2)もしくは(3)に記載の密閉型二次
    電池。
JP5068964A 1993-03-29 1993-03-29 密閉型二次電池 Pending JPH06283169A (ja)

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