JPH06336627A - 水素吸蔵合金の製造法 - Google Patents

水素吸蔵合金の製造法

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JPH06336627A
JPH06336627A JP5129839A JP12983993A JPH06336627A JP H06336627 A JPH06336627 A JP H06336627A JP 5129839 A JP5129839 A JP 5129839A JP 12983993 A JP12983993 A JP 12983993A JP H06336627 A JPH06336627 A JP H06336627A
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hydrogen
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JP5129839A
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English (en)
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Takasumi Shimizu
孝純 清水
Koichi Morii
浩一 森井
Masayuki Hirota
正幸 廣田
Shuichi Wada
秀一 和田
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Daido Steel Co Ltd
Maxell Holdings Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
Hitachi Maxell 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SiO
2 を1%以下含む酸化物系るつぼにおいて最高温度15
50℃以下で高周波誘導炉で溶解し、炭素、窒素および
酸素からなる不純物量を低下させる。 【効果】 不純物量を低下させ、電池材料への応用にお
ける内圧上昇の抑制、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、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、この発明は電
気化学的セル用活性物質(電池電極材料)等として高性
能な、改良された水素吸蔵合金を製造することのできる
新しい方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。これは、従来のN
i−Cd電池に代わる無公害、高容量化を目的として、
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】この水素吸蔵合金については、通常は、所
要の組成からなる合金元素をカーボンるつぼやアルミナ
るつぼ等において溶解し、溶湯を凝固させた後に機械的
に粉砕するか、あるいは溶湯を遠心噴霧して急速凝固さ
せる等によって粉末化することで製造している。しかし
ながら、この水素吸蔵合金については、合金中に不純物
が多く含まれる場合には、電気化学的セル用活性物質
(電池電極材料)の特性に大きな影響を及ぼすことが解
決すべき重大な課題となっていた。
【0004】すなわち、この不純物としては炭素、窒素
および酸素の及ぼす影響が特に大きく、たとえば炭素不
純物の存在は、充電・放電の繰り返しにおいてメタン
(CH 4 )ガスを発生させ、電池密閉容器の内圧を上昇
させる原因となっていた。また、不純物としての窒素
は、炭素と同様に、充電・放電の繰り返しにおいて窒素
(N2 )ガスを発生させ、内圧上昇の原因となってい
た。さらに酸素は、合金表面を強固な酸化皮膜で覆うの
みならず、合金中に侵入し、水素吸蔵量の著しい減少を
もたらす原因となっていた。
【0005】このため、不純物としての炭素、窒素およ
び酸素含有量の低減化についてはこれまでにも検討され
てきているが、実際に、この低減化を実用的技術として
確立することはできないでいた。この発明は、以上の通
りの事情に鑑みてなされたものであって、従来技術の限
界を克服し、不純物による影響を抑え、高性能な電池特
性を実現することのできる、改良された水素吸蔵合金の
製造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SiO2 を1%以下含む酸化物系るつぼにおいて
最高温度1550℃以下で高周波誘導炉で溶解し、炭
素、窒素および酸素からなる不純物量を低下させること
を特徴とする水素吸蔵合金の製造法を提供する。
【0007】またさらに、この発明においては、炭素お
よび窒素を、各々、0.01重量%以下、酸素を0.2
0重量%以下にまで低下させることをその態様としても
いる。
【0008】
【作用】この発明においては、上記の通り、SiO2
1%以下含む酸化物系るつぼを用い、最高温度1550
℃以下の温度において、高周波誘導炉で水素吸蔵合金の
組成元素を溶解するため、不純物としての炭素、窒素お
よび酸素の合金中への含有量を大幅に低下させ、電池電
極材料等として有用な優れた特性を実現することができ
る。
【0009】1%以下のSiO2 を含む酸化物系るつぼ
は、好ましくはCaO,MgOおよびAl2 3 +Mg
Oのスピネル型のるつぼを使用する。このように、Si
2を1%以下しか含まない酸化物系るつぼを用いるこ
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、アル
ミナ等の他種酸化物、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、不純物
としての炭素、窒素および酸素を所要レベル以下にまで
低下させることは難しく、高性能の水素吸蔵合金が得ら
れない。
【0010】しかも、このSiO2 を1%以下含む酸化
物系るつぼの使用は、水素を可逆的に吸蔵・放出する合
金を最高温度1550℃以下となるように、高周波誘導
炉において均一溶解することが必須ともしている。15
50℃を超える場合には、合金成分元素と不純物との反
応等が生じ、不純物量の低下は困難となる。この発明で
は、高周波誘導加熱方式を採用することで、この加熱温
度の制御を容易とし、しかも高効率に合金の均一溶解を
可能ともする。
【0011】この場合の水素吸蔵合金としては、Ti,
Zr,Ni,V,Mn,Cr,Fe,Co,Al,S
n,MoおよびCuの群より選択される2種以上の元素
の組合わせからなるものが好適な対象となる。また、溶
解には、不活性雰囲気等の条件が好ましく採用される。
溶解された合金溶湯は、真空脱ガスし、凝固した後に機
械的に粉砕してもよいし、あるいはガス噴霧によって急
速凝固させて粒状化してもよい。
【0012】すなわち、たとえば、合金溶湯を、Ar等
の不活性ガスの噴射部に注湯し、ガスとの衝突で粒状水
素吸蔵合金を製造する。またこ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、たとえば粒径100μm以下の粒子
とすることもできる。
【0013】噴霧分散させた粉末は、噴霧チャンバーの
下部にある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、常温近傍
にまで急速に冷却する。いずれにしても、この発明のS
iO2 を1%以下含む酸化物系るつぼにおける最高温度
1550℃以下の温度での高周波誘導炉における加熱溶
解によって、水素吸蔵合金中の炭素、窒素および酸素の
含有量は大幅に低下することができ、高性能な合金を得
ることが可能となる。
【0014】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明の製造法について説明する。
【0015】
【実施例】実施例1〜3 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 (V0.2 Ni0.5 Mn0.8 Fe0.1 1.6 にな
るように配合し、全量で2kgを秤り取り、内径110
mmおよび深さ250mmCaOるつぼ(CaO98
%,SiO2 0.15%,MgO0.3%)に装入し1
300〜1550℃の最高温度となるように、高周波誘
導炉において均一溶解した。溶解中の雰囲気はHeガス
0.8気圧とした。るつぼを傾動して溶湯をタンディシ
ュ上に注ぎ、タンディシュ中心部の3mm径の孔より、
Arガス20Kg/cm2 Gで流れているガスノズルの
中心部に落下させ、ガス圧力で飛散させ粉末を得た。注
湯温度は、合金融点より約100℃高い温度とした。得
られた粉末(平均粒径50μm)を使用して、不純物含
有量、水素吸蔵特性及び、放電容量を測定した。その結
果を、表1に示した。
【0016】なお、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0.1g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、0.7Vカットで容量を測定した。比較例1〜2 実施例1〜3と同一の原料を使用し、同一組成となるよ
うに原料配合し、これを黒鉛、Al2 3 のるつぼ中で
溶解し、実施例1〜3と同じように噴霧して粉末を得
た。なお、Al2 3 るつぼは、Al2 3 96%、S
iO2 3%およびその他1.0%によって構成されてい
る。
【0017】この比較例粉末は表1に示したように、不
純物量は多く、水素吸蔵特性、電池容量ともに、実施例
1〜3のものにはるかに劣っていた。比較例3〜4 実施例1〜3において、溶融時の最高温度を1550℃
を超える条件で溶解して製造した。
【0018】粉末について不純物量および水素吸蔵特性
を調べた。その結果表1に示したように実施例1〜3に
比べて不純物量は多く、水素吸蔵特性も劣っていた。実施例4〜5 実施例1〜3と同一の原料を使用し、同一組成とするよ
うに原料配合したものをMgOるつぼ(MgO99.5
%,SiO2 0.17%)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Φ80mm×
70mmである。これを機械的に粉砕し、平均粒径50
μmの粉末を得、同様に電池としての特性を評価した。
【0019】その特性は、表1に示したように、比較例
1〜4に比べて不純物量は少なく、水素吸蔵特性は優れ
ていた。実施例6 実施例1〜3と同一の原料を使用し、同一組成となるよ
うに原料配合したものをAl2 3 70.2%,MgO
29.3%,SiO2 0.2%含むスピネル型るつぼ中
で溶解し、鋳鉄製の鋳型に入れて凝固させた。これを機
械的に粉砕し、平均粒径50μmの粉末を得た。この粉
末について不純物量および水素吸蔵特性を調べた。その
結果は表1に示したように比較例1〜4に比べて不純物
は少なく、水素吸蔵特性は優れていた。
【0020】なお、その他の合金 Ti15Zr1520Ni30Cr10Mn5 Al5, Ti17Zr1625Ni40Cr2 についても、SiO2 を1%以下含む酸化物系るつぼに
より溶解して得た粉末については不純物量は少なく、優
れた水素吸蔵特性が得られることを確認した。比較例5〜6 実施例1〜3と同一の原料を使用し、同一組成となるよ
うに原料配合し、これを、CaO96.5%、SiO2
2.2%およびその他1.3%からなるCaOるつぼ
と、MgO96%、CaO0.5%、SiO2 1.5%
およびその他2%からなるMgOるつぼの各々において
溶解し、粉末を製造した。
【0021】得られた粉末の特性は、表1に示したよう
に、不純物量が多く、水素吸蔵特性、電池容量ともに実
施例1〜6に比べて劣っていた。
【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、不純物量を低下させ、その電池材料への応用におけ
る内圧上昇の抑制容量増大等の特性向上が可能となる。
フロントページの続き (72)発明者 廣田 正幸 大阪府茨木市丑寅一丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内 (72)発明者 和田 秀一 大阪府茨木市丑寅一丁目1番88号 日立マ クセル株式会社内

Claims (5)

    【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、
    SiO2 を1%以下含む酸化物系るつぼにおいて最高温
    度1550℃以下で高周波誘導炉で溶解することを特徴
    とする水素吸蔵合金の製造法。
  2. 【請求項2】 炭素および窒素を各々0.01重量%以
    下、酸素を0.20重量%以下にまで低下させる請求項
    1の製造法。
  3. 【請求項3】 酸化物系るつぼがCaO,MgOおよび
    スピネル(Al2 3 約70%:MgO約30%)型の
    ものである請求項1の製造法。
  4. 【請求項4】 水素を可逆的に吸蔵・放出する合金が、
    Ti,Zr,Ni,V,Mn,Cr,Fe,Co,A
    l,Sn,MoおよびCuの群より選択される2種以上
    の元素の組合わせからなる請求項1の製造法。
  5. 【請求項5】 請求項1、2、3または4の方法によっ
    て製造した電気化学的セル用活性物質。
JP5129839A 1993-05-31 1993-05-31 水素吸蔵合金の製造法 Pending JPH06336627A (ja)

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Effective date: 20020528