JPH0630249B2 - 電気化学的電池 - Google Patents

電気化学的電池

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JPH0630249B2
JPH0630249B2 JP61244285A JP24428586A JPH0630249B2 JP H0630249 B2 JPH0630249 B2 JP H0630249B2 JP 61244285 A JP61244285 A JP 61244285A JP 24428586 A JP24428586 A JP 24428586A JP H0630249 B2 JPH0630249 B2 JP H0630249B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は負極を備え、該負極の電気化学的活物質は水素
と水素化物を形成する金属間化合物からなり、該金属間
化合物はCaCu5構造を有し、かつ次の組成式: A Bm Cn (式中のm+nは4.8〜5.4の数、nは0.05〜0.
6の数を示し;Aはミッシュメタルを示すかあるいはY,
Ti,Hf,Zr,Ca,Th,Laおよび残りの希土類金属からなる群
から選定された1種または2種以上の元素を示し、元素
Y,Ti,HfおよびZrの原子の量の合計はAの40%以下であ
り;BはNi,Co,Cu,FeおよびMnからなる群から選定され
た2種または3種以上の元素を示し、Aのグラム原子当
りのこれらの元素の原子の量の最大値はNiに対して:3.
5, Coに対して:3.5, Cuに対して:3.5, Feに対して:
2.0およびMnに対して:1.0であり;CはAl,Crお
よびSiからなる群から選定された1種または2種以上の
元素を示し、Aのグラム原子当りのこれらの元素の原子
の量はAlに対して:0.05〜0.6, Crに対して:0.05〜
0.5およびSiに対して:0.05〜0.5である)で表わ
される電気化学的電池に関するものである。
電池は大気と開放連通させることができ、あるいは大気
から封鎖することができる。大気から封鎖された電池は
予め定めた圧力において動作するように調整した弁を備
えることができる。
密閉型の再充電可能な電池では、正極の電気化学的活性
部分は、例えば、水酸化ニッケル、酸化銀または酸化マ
ンガンからなり、実用上の理由から普通水酸化ニッケル
からなるのが好ましい。
電池には電解液が使用され、普通電解液は水酸化リチウ
ム、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムのような1
種または2種以上のアルカリ金属水酸化物の水溶液から
なり、7より大きいpHを有する。
さらに、電池はセパレータを備え、セパレータは両電極
を電気的に隔離するが、イオンおよびガスを通すことが
できる。セパレータは合成樹脂繊維、例えば、ポリアミ
ド繊維またはポリプロピレン繊維の織布または不織布か
ら構成することができる。
かかる電気化学的電池は米国特許第4487817 号明細書に
記載されている。この米国特許明細書では、負極の電気
化学的活物質は、耐食性が極めて大きく、これにより電
池の電気化学的容量の低下が可能な最大限まで限定され
るように選定されている。
前記米国特許明細書に記載されているような電気化学的
電池の欠点は、最初の充放電サイクルにおいて電池容量
が最大容量より小さくなること、および最初の20〜30回
の充放電サイクル中に電池容量が全く徐々にその最大値
まで増大することである。この現象は「活性化(activa
tion)」と呼ばれる。
既知の電気化学的電池の他の欠点は、低い動作温度例え
ば0℃より低い動作温度における電池の出力密度が比較
的小さいことである。ここに「出力密度」とは高い放電
速度における電池容量を意味するものとする。上述の二
つの性質は前記米国特許明細書に記載されているような
安定な水素化物を形成する物質の有用性を低下させる。
本発明の目的は迅速に活性化することができる電気化学
的電池、すなわち全く小数の充放電サイクルの後に最大
容量に到達する電気化学的電池を提供することにある。
本発明の他の目的は低い動作温度において高い出力密度
を有する電気化学的電池を提供することにある。
かかる本発明の目的は、冒頭に記載した電気化学的電池
において、前記電気化学的活物質がさらにNi,Pd,Pt,Ir
およびRhからなる群から選定された1種または2種以上
の金属を含み、Aのグラム原子当りのこれらの金属の原
子の量が 0.001〜0.5であることを特徴とする電気化
学的電池によって達成される。
本発明は、金属Pd,Pt,IrおよびRhに対する水素の化学的
活性が大きく、例えば、Niに対する化学的活性より約 1
00倍大きく、Niに対する化学的活性もCoに対する化学的
活性よりほぼ同程度大きく、かかる金属Pd,Pt,Irおよび
Rhを水素化物負極の電気化学的活物質中に使用すると、
小数の充放電サイクルの後かつ低い温度において電池容
量を増大させることができることを見い出したことに基
づく。
特に低い動作温度において高い出力密度を有する本発明
の電気化学的電池の好適例においては、金属間化合物は
Pd,Pt,IrおよびRhからなる群から選定された金属をAの
グラム原子当り0.2〜0.5の原子の量で含有してい
る。
金属間化合物には上述の金属を追加することができる。
あるいはまた、金属間化合物中の一部例えばNiまたはCo
を置換させることができる。
本発明の電気化学的電池の極めて有利な例では、電気化
学的活物質は粒子の形態であり、該粒子の表面には金属
原子の単層の少くとも半分に相当する分量のPd,Pt,Irお
よびRhからなる群から選定された1種または2種以上の
金属からなる層が存在している。
これらの金属原子は、金属間化合物のうちの貴金属に近
い金属例えばLaの一部と交換させることにより提供する
ことができる。貴金属に近い金属は必ずしも別個の連続
層を形成する訳ではない。また、これらの金属原子は粒
子表面に、例えば米国特許第4554152 号明細書に記載さ
れているように、電着、電気鍍金、水素還元または有機
化合物の分解により被着させることができる。
本発明の電気化学的電池の他の例では、追加量のNiが水
素化物負極の電気化学的活物質中に別個の微細分散相と
して存在し、Aのグラム原子当りのNiの原子の量の最大
値が3.5であり、m+nとAのグラム原子当りの追加
のNiの原子の量との合計が5.0〜5.5である。
Niの微細分散相の存在は、水素の化学的活性を、水素と
水素化物を形成することができる金属間化合物と比較し
て大きくするので、活性化処理を加速し、かつ低い温度
における出力密度を増大する作用をする。
次に本発明を図面を参照して例について説明する。
第1図に示すような空気から封鎖されている電池は金属
例えばステンレンス鋼の適当なハウジング1から形成さ
れ、ハウジング1は蓋2を有し、蓋2は導体3および4
のための開口を有する。導体3および4は合成樹脂のリ
ング5によって金属ハウジング(1,2)から絶縁されて
いる。ハウジングの外径は、例えば、22mm、高さは41mm
である。ハウジング内には、負極6とセパレータ7と正
極8とからなる巻いたものが収容され、この負極6とセ
パレータ7と正極8とからなる組立体は合成樹脂、例え
ば、ポリ塩化ビニルの電気絶縁ホイル9によって取巻か
れ、かつ電気絶縁材料、例えば、ポリ塩化ビニルの円板
10によって支持されている。
負極6は上述のような水素化物形成性金属間化合物から
なり、導体3に接続されている。負極6は、適当量の関
連する元素を溶融し、このようにして生成した金属間化
合物を粉砕し、次いで、例えばポリビニルアルコールの
ような重合体結合剤によって、粉末をニッケル担体に被
着させることにより製造される。
正極8は従来の焼結型の水酸化ニッケル電極であり、正
極8は導体4に連結されている。電解液としては6N水酸
化カリウム水溶液を使用する。電解液はセパレータ7中
に吸収され、両電極の電気化学的活物質とは湿潤状態で
接触する。セパレータ7はポリアミド繊維の不織膜から
なる。
電池内の自由ガス空間は約5cm3である。この型式の密
閉電池は1.2〜1.4Vの EMFを有する。本発明の電
池は従来方法で組み合わせて、例えば、数個の直列に配
置された電池からなるバッテリーを形成することができ
る。
次に本発明を実施例および比較例について説明する。
比較例 組成:La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1を有する負極用電気
化学的活物質を、所要量の諸成分を混合し、次いで溶融
し、しかる後に水素の吸着および脱着を繰返すことによ
り製造した。次いで電極を作り、次いで例えば上述のよ
うにしてセル内に入れた。
負極の出力密度は、2.0Cの速度において、すなわち
電池の公称容量の2倍が1時間で電池に供給されるかあ
るいは電池から取出されるような充放電速度において、
充放電サイクル中における貯蔵容量を測定することによ
り、25℃において求めた。電池の公称容量とは、電池容
量が劣化する前、例えば腐食のために低下する前に測定
した低充放電速度における容量である。
10充放電サイクル後に容量は最大容量の30%になり、20
サイクル後に90%になり、30サイクル後に 100%にな
り、 300サイクル後に95%になった。
多数のサイクル後に0℃における出力密度は25℃におけ
る出力密度の50%にすぎなかった。放電速度を4.5C
まで上げた場合に、0℃における出力密度は25℃におけ
る出力密度の30%にすぎなかった。
実施例1 組成:La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.0Pd0.4Si0.1を有する負極用
電気化学的活物質を使用して上述の方法により電気化学
的電池を製造した。低温において十分に高い出力密度を
得るためには、上述の組成式においてPd量を0.2単位
より大きくする。Pd量は0.5単位以下が好ましく、そ
の理由はPd量をこれより大きくしても一層の改善をもた
らさないからである。
1充放電サイクル後に25℃における出力密度は最大値の
95%になり、2サイクル後に 100%になった。放電速度
を4.5Cまで上げた場合に、出力密度は低下しなかっ
た。さらに、温度を0℃まで下げた場合に、出力密度は
100サイクル以上においても認められる程低下しなかっ
た。
実施例2 上述のようにして組成:La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1
有する電気化学的活物質を製造し、粉砕した。次いで粉
末10gと、0.5g/lのPdCl2および3.8g/lの K
Clを含有する水溶液22mlとを約0.5分間混合した。か
かる処理の間に、溶液からのPdイオンと粉末表面からの
貴金属に近い原子、特にLaとが交換されるために、溶液
は退色した。次いでこの粉末を濾別し、電気化学的電池
に使用した。
この負極は小数のサイクル後に0℃において高い出力密
度を示した。従って粒子表面における触媒として活性な
Pd原子の存在は、本発明による所望の効果を達成するた
めに十分であった。
粉末物質は0.25m2/gの表面積を有していた。上述の方法
により、表面上にPd原子の単層にほぼ相当するPd量を被
着させた。Aのグラム原子当りで表わしかつ金属間化合
物の全量について平均した場合に、Pdの原子の量は約0.
002 であり、これにより最初の実施例に関するPd必要量
を著しく減少させることができた。
実施例3 組成:La0.8Nd0.2Ni3.0Co2.4Si0.1を有する電気化学的
活物質を上述のようにして製造し、粉砕した。ただし、
追加の工程として諸成分の混合物を溶融した後にこの物
質を室温まで急冷し、次いでアルゴン雰囲気中または真
空中で 900℃において1時間処理した。この熱処理中に
ニッケルの別個の微細分散相が形成した。熱処理中に温
度を低くすることにより、例えば、 500℃程度の低い温
度にすることにより、分散程度を一層微細にすることが
できる。
この物質を使用して製造した電池は、0℃における出力
密度が25℃における出力密度の60%より大きかった。
5充放電サイクル後に25℃における出力密度は最大値の
90%になり、10サイクル後に95%になり、15サイクル後
に 100%になった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電気化学的電池の一例の一部内部を示
すため部分切除した部分断面斜視図である。 1,2……金属ハウジング 2……蓋、3,4……導体 5……リング、6……負極 7……セパレータ、8……正極 9……電気絶縁ホイル 10……電気絶縁材料の円板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負極を備え、該負極の電気化学的活物質は
    水素と水素化物を形成する金属間化合物からなり、該金
    属間化合物はCaCu5構造を有し、 かつ次の組成式: A Bm Cn (式中のm+nは4.8〜5.4の数、nは0.05〜0.
    6の数を示し;Aはミッシュメタルを示すかあるいはY,
    Ti,Hf,Zr,Ca,Th,Laおよび残りの希土類金属からなる群
    から選定された1種または2種以上の元素を示し、元素
    Y,Ti,HfおよびZrの原子の量の合計はAの40%以下であ
    り;BはNi,Co,Cu,FeおよびMnからなる群から選定され
    た2種または3種以上の元素を示し、Aのグラム原子当
    りのこれらの元素の原子の量の最大値はNiに対して:3.
    5, Coに対して:3.5, Cuに対して:3.5, Feに対して:
    2.0およびMnに対して:1.0であり;C はAl,Crお
    よびSiからなる群から選定された1種または2種以上の
    元素を示し、Aのグラム原子当りのこれらの元素の原子
    の量はAlに対して:0.05〜0.6, Crに対して:0.05〜
    0.5およびSiに対して:0.05〜0.5である)で表わ
    される電気化学的電池において、 前記電気化学的活物質がさらにPd,Pt,IrおよびRhからな
    る群から選定された1種または2種以上の金属を含み、
    Aのグラム原子当りのこれらの金属の原子の量が0.001
    〜0.5であることを特徴とする電気化学的電池。
  2. 【請求項2】前記金属間化合物がPd,Pt,IrおよびRhから
    なる群から選定された金属をAのグラム原子当り0.2
    〜0.5の原子の量で含有している特許請求の範囲第1
    項記載の電池。
  3. 【請求項3】前記電気化学的活物質が粒子の形態であ
    り、該粒子の表面には金属原子の単層の少くとも半分に
    相当する分量のPd,Pt,IrおよびRhからなる群から選定さ
    れた1種または2種以上の金属からなる層が存在してい
    る特許請求の範囲第1項記載の電池。
  4. 【請求項4】追加量のNiが水素化物負極の電気化学的活
    物質中に別個の微細分散相として存在し、Aのグラム原
    子当りのNiの原子の量の最大値が3.5であり、m+n
    とAのグラム原子当りの追加のNiの原子の量との合計が
    5.0〜5.5である特許請求の範囲第1項記載の電
    池。
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