JPH0690922B2 - 密閉型アルカリ蓄電池 - Google Patents

密閉型アルカリ蓄電池

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JPH0690922B2
JPH0690922B2 JP61139539A JP13953986A JPH0690922B2 JP H0690922 B2 JPH0690922 B2 JP H0690922B2 JP 61139539 A JP61139539 A JP 61139539A JP 13953986 A JP13953986 A JP 13953986A JP H0690922 B2 JPH0690922 B2 JP H0690922B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、水素を可逆的に吸蔵・放出する合金又は水素
化物からなる電極、すなわち水素吸蔵電極を負極とし、
金属酸化物電極を正極とする密閉型アルカリ蓄電池に関
するもので、特にその負極の改良に関する。
従来の技術 従来この種の密閉型アルカリ蓄電池では、一般に正極が
完全に充電された状態でも負極には未充電部分が残存す
るようにし、正極で発生した酸素を負極、例えばカドミ
ウムに吸収させることによって密閉状態を維持するよう
にしている。
水素吸蔵合金又は水素化物を負極とする密閉型の金属酸
化物−水素蓄電池においては、正極で発生する酸素ガス
を負極に吸蔵されている水素と反応させ水にする方式が
採られる。この場合、酸素ガスは負極表面で還元反応を
おこさせて水にする必要があるが、水素吸蔵電極を構成
する合金は、Cdを酸素ガスでCdOにする反応とは異なる
方法を採り、正極で発生する酸素ガスを効率よく還元す
るとは限らないので、酸素ガスの発生より消費(吸収)
する反応がおくれ、電池内に酸素ガスが蓄積して電池内
圧が上昇することになる。とくに急速充電において、こ
の現象は顕著に現われる。
従来、上記のような不都合が解消するため、負極に触媒
を添加する提案がある(特開昭51−103424号公報)。し
かし、貴金属触媒を用いると高価となる不利があり、と
くに高率充電時には20mg/g(合金)以上の多量の触媒が
必要であった。
発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では上記蓄電池が過充電領域に入
ると、正極から酸素ガスが発生する。この酸素ガスによ
って負極を構成する水素吸蔵合金の表面が酸化を受け、
水素の吸蔵反応を遅くしたり、容量を低下させたりす
る。また急速過充電においては、正極から酸素が発生す
る速度の方が負極表面での酸素を還元する反応速度より
大きく、過剰の酸素ガスが電池内に蓄積され、電池内圧
の上昇につながり、安全性の点でも問題がある。すなわ
ち、過充電時に正極から発生する酸素ガスを負極で効率
よく吸収しない点に問題があり、とくにこの現象は充電
電流の大きい時に顕著に現われる。
本発明は、このような問題点を解決するもので、比較的
充電レートの大きい場合でも負極合金の酸素による酸化
の軽減と負極での酸素吸収(酸素のイオン化)を効率良
く行なわせ、電池内圧の上昇を抑制することを目的とす
るものである。
問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は負極を水素吸蔵合
金又は水素化物とし、正極,セパレータ及びアルカリ電
解液とで構成た密閉型アリカリ蓄電池において、負極中
に貴金属より安価なペロブスカイト(ABO3)型構造を有
する希土類元素の複合酸化物を結合剤と共に含有させた
ものである。
前記ペロブスカイト(ABO3)型構造を有する希土類元素
の複合酸化物において、Aは希土類単独又は希土類混合
物、および希土類とSr,Ba,Ca,Liの少なくとも1種以上
の金属を含み、BはCo,Mn,Ni,Fe,Cr,Cu,Vの少なくとも
1種以上からなる希土類元素複合酸化物を用いることを
特徴とする。
また、ABO3型構造を有する希土類元素複合酸化物が組成
式La1-xMxCo1-yM′yO3〔但し、MはCe,Sr,Mm、M′はM
n,Fe,Cu,Cr,0≦x≦0.7,0≦y≦0.5〕で表わされる3〜
5元素系である材料を用いることもできる。
作用 一般にペロブスカイト(ABO3)は、空気拡散電極の触媒
に用いられている(Progress in Batteries & Solar C
ells.Vol.5 1984)。この触媒は空気中の酸素ガスを拡
散電極細孔部の3相界面帯でイオン化する働きを有して
いる。この触媒作用に着目して本発明を構成したもので
ある。すなわち、本蓄電池において、負極での酸素消費
過程は次の2通りの反応が考えられる。負極では酸素ガ
スを還元しやすい状態にあるため、負極に達した酸素ガ
スはの反応により酸素ガスの消費が起こる。
2H2O+O2+4e-→4OH- …… 又は、負極に達した酸素ガスは負極の触媒作用で式の
ように負極である水素吸蔵合金中に吸蔵している水素と
反応して水をつくり、酸素ガスの消費が起こる。
2Had+O→H2O …… (Had:吸着水素) との反応を効率的に促進する事が好ましい。そこ
で、水素吸蔵合金又は水素化物粉末にペロブスカイト
(ABO3)型構造を有する希土類元素複合酸化物の微粒子
を混合する事により負極の表面積を大きくすると共に、
ペロブスカイトの持っている触媒作用で正極から発生す
る酸素ガスを効率よく吸収することができる。負極の表
面積が大きく構成されると、酸素ガスと負極に含まれる
水素との接触面積も大きくなり、その反応速度も増大す
る事になる。一方、ペロブスカイトの持っている触媒作
用で水素吸蔵合金(水素化物)の粒子表面における酸化
反応よりもとの反応が優先しておこりやすくなるの
で、負極の酸化現象をある程度抑制する働きもある。
実施例 市販のMm(ミッシュメタル),La,Ni,Coから構成される
試料を一定の組成比に秤量,混合し、アーク溶解法によ
り加熱溶解させた1実施例として合金組成Mm0.5La0.5Ni
3.5Co1.5を負極の水素吸蔵合金とした。
ペロブスカイト触媒は従来の方法〔例えばJPn.j.Appl.P
hys,13,1(1974)〕にしたがい、各成分の酢酸塩,硝酸
塩を所定の割合で純粋に溶かした後、蒸発乾燥固化(70
〜90℃)したものを電気炉を用いて空気中で分解,焼成
して得た。得られた触媒の構造はX線回折でABO3型であ
る事を確認した。比表面積はBET法(N2吸着)により求
め、焼成温度800〜900℃では3〜8m2/gと大きな値を示
した。これら比表面積の大きいペロブスカイトは非常に
細かい粒径で嵩比重の小さい微粉末(数μm以下)であ
る。
一方ボールミルなどで38μm以下に粉砕した水素吸蔵合
金粉末に適量(0.1wt%〜15wt%)のペロブスカイト触
媒と結着剤(ポリビニルアルコール水溶液)を加え、よ
く混合した後、この粉末を発泡状金属多孔体内に充てん
し、加圧乾燥後リードを取付け電極とした。水素吸蔵合
金(又は水素化物含む)粉末15g,ペロブスカイト粉末1.
5gを用いて負極とし、公知の焼結形ニッケル正極をセパ
レータを介して第1図に示す単2形の密閉型アルカリ蓄
電池(容量2.0Ah)を構成した。
第1図において、水素吸蔵合金からなる負極板1とニッ
ケル正極2はセパレータ3を介してうずまき状にケース
4内に配置され、絶縁板5,6を入れて安全弁7のある封
口板8で密閉化されている。9は正極リード10と接続し
ている正極端子である。充電時に負極からの水素発生を
抑制するために正極容量より負極容量を大きくし、正極
律則とした。蓄電池の充放電条件として、0.3C(600m
A)で5時間充電(150%充電)し、0.2C(400mA)で放
電した。充放電サイクル試験の温度はすべて室温とし、
各種電池の充放電サイクル毎の内圧を測定した結果を表
1に示す。また従来型電池(ペロブスカイトの未添加)
と本発明型電池の代表例の充放電サイクル寿命を第2図
に示す。
表1からわかる様にペロブスカイトの中でも活性度、比
表面積も異なるが、負極自体の酸素ガスの吸収能力は従
来型電池よりは優れている。従来型No.1の(ペロブスカ
イト触媒のない負極)電池の内圧は50サイクルで安全弁
の働く10kg/m2以上の圧力に達し、漏液現象が見られ
る。これに対して本発明型電池の内圧は各サイクル(20
サイクル,50サイクル,100サイクル)において、従来型
電池の内圧より低い。ペロブスカイトの中でも3元系
(No.2,No.3)の比表面が小さいので、電池内圧の上昇
傾向が大きい。表の中では、3元系よりも4元系,5元系
の方が比表面積が大きく、触媒活性も大きいと考えられ
る。しかし、No.7,No.16,No.21,No.22,No.23は比表面積
が小さく、触媒活性も小さい。ABO3の項の中でAは概し
てLa単独,LaとSrを含むものが優れている。BはCo>Mn
>Fe>Ni,V>Cr,Cuの順に優れている。但し、No.22はCo
の量が原子比で0.3以下であるので、Bサイトの元素がC
o,Feであっても小さい値を示し、一方No.23はLaの量が
原子比で0.3以下であるために触媒活性も小さいものと
考えられる。表1の中から代表的な負極を選び本発明型
(No.4La0.8Sr0.2CoO3)と従来型No.1のサイクル寿命を
比較した。その結果が第2図に示してある様に、従来型
電池の容量低下は約50サイクルからおこっている。これ
は負極での酸素ガス吸収が不十分で電池内圧が上昇し、
10kg/cm2の安全弁が動作して電解液が安全弁より漏出し
て電解液の減少による内部抵抗の上昇によるものと考え
られる。
表1に示すように50サイクルから電池内圧が上昇してい
る点からもわかる。これに対して本発明型電池は負極に
おける酸素ガスの吸収が効率よく進行し、電池内の圧力
上昇も比較的少なく、長寿命化が図られている。
表1の中で、La1-xMxCo1-yMyO3で表わされるペロブスカ
イト触媒においてCoの量は0.3より小さい場合、例えばN
o.22は比表面積も低く、触媒活性も小さい。そこでCoに
置換する他の金属は0.7以下が好ましい。一方Laの量は
0.3より小さい場合は比表面積も低く、触媒活性も小さ
い。よって0≦x≦0.7,0≦y≦0.7で表わされる3〜5
元素系の範囲が望ましい。いずれにしてもペロブスカイ
トを添加した方が、負極全体の表面積を大きくしてお
り、酸素ガスの吸収能力が向上しているために200サイ
クル目における容量低下は数%から約20%以内に入って
いる。ペロブスカイトの添加量は0.1wt%から15wt%が
適してる。添加量が少ないと効果が少なく、多くなり過
ぎると機械的強度の点から問題となる。
本実施例では希土類・Ni・Co系の水素吸蔵合金を選択し
たが、他の希土類とNi系組成の合金、Ti・Ni系合金な
ど、電気化学的に水素の吸蔵・放出が可能な他のいかな
る水素吸蔵合金を用いても同様な効果が期待できる。又
は水素化物を含む状態から負極を製造してもよい。
発明の効果 以上の様に、本発明によれば、充放電サイクル数と共に
電池内の圧力上昇も少なく、サイクル寿命の長い密閉型
アルカリ蓄電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の負極を用いた密閉型アルカリ蓄電池の
構成を示す図、第2図は実施例の電池の充放電サイクル
に伴う容量の変化を示す図である。 1……負極板、2……正極板。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素吸蔵合金又は水素化物からなる負極
    と、正極と、セパレータ及びアルカリ電解液よりなる蓄
    電池であって、負極中にペロブスカイト(ABO3)型構造
    を有する希土類元素の複合酸化物を結合剤と共に含有さ
    せたことを特徴とする密閉型アルカリ蓄電池。
  2. 【請求項2】前記ペロブスカイト(ABO3)型構造を有す
    る酸化物において、Aは希土類元素単独か又は希土類元
    素の混合物、および希土類とSr,Ba,Ca,Liの少なくとも
    1種以上の金属を含み、BはCo,Mn,Ni,Fe,Cr,Cuよりな
    る群の少なくとも1種以上からなる特許請求の範囲第1
    項記載の密閉型アルカリ蓄電池。
  3. 【請求項3】ABO3型構造を有する希土類元素の複合酸化
    物が、組成式La1-xMxCo1-yM′yO3〔但し、MはCe,Sr,Mm
    (ミッシュメタル:希土類元素の混合物)、M′はMn,F
    e,Cu,Cr 0≦x≦0.7,0≦y≦0.7〕で表わされる3〜5
    元素系よりなる特許請求の範囲第1項記載の密閉型アル
    カリ蓄電池。
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