JPH0797648A - Hydrogen storage alloy for battery, production thereof, and nickel-hydrogen secondary battery - Google Patents

Hydrogen storage alloy for battery, production thereof, and nickel-hydrogen secondary battery

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JPH0797648A
JPH0797648A JP5230915A JP23091593A JPH0797648A JP H0797648 A JPH0797648 A JP H0797648A JP 5230915 A JP5230915 A JP 5230915A JP 23091593 A JP23091593 A JP 23091593A JP H0797648 A JPH0797648 A JP H0797648A
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hydrogen storage
storage alloy
battery
electrode
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周介 稲田
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隆道 稲葉
Takao Sawa
孝雄 沢
Hiromichi Horie
宏道 堀江
Noriaki Yagi
典章 八木
Hiromi Shizu
博美 志津
Yoshiyuki Isozaki
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Abstract

PURPOSE:To obtain a hydrogen storage alloy for battery having high electrode capacitance, long life characteristic, and superior rising characteristic by specifying a composition consisting of rare earth elements, Ni, Mn, Co, etc., and also forming a specific columnar crystal structure. CONSTITUTION:In an alloy represented by a general formula ANiaMnbMc (where A means rare earth elements including Y, M means Co, Al, Fe, Si, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, In, Ge, and Sn, 3.5<=a<=5, 0.1<=b<=1, 0<=c<=1, and 4.5<=a+b+c<=6), its structure is formed into a columnar crystal structure and the area ratio of columnar crystals having an aspect ratio not lower than 1:2 is regulated to >=50% and also it is preferable to regulate the average minor axis of the columnar crystals to <=39mum. This alloy can be obtained by rapidly solidifying a molten alloy on a rapidly rotating cooling roll at >=1800 deg.C/sec cooling rate. By using this alloy as negative electrode and an Ni oxide as positive electrode, together with alkaline electrolyte, an Ni-hydrogen secondary battery can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電池用水素吸蔵合金,
その製造方法およびその合金を使用したニッケル水素電
池に係り、特に合金を電池の負電極に使用した場合にお
いて、高い電極容量(電池容量),繰返しの使用に耐え
る長寿命特性(長サイクル特性)および良好な初期活性
の三大特性さらには電位安定性(電圧平坦性)を共に満
足させることが可能な電池用水素吸蔵合金,その製造方
法およびニッケル水素二次電池に関する。
The present invention relates to a hydrogen storage alloy for batteries,
The present invention relates to a method for producing the same and a nickel-hydrogen battery using the alloy, and particularly when an alloy is used for a negative electrode of the battery, high electrode capacity (battery capacity), long life characteristics (long cycle characteristics) that can withstand repeated use, and The present invention relates to a hydrogen storage alloy for a battery, which is capable of satisfying the three major characteristics of good initial activity as well as potential stability (voltage flatness), a method for producing the same, and a nickel-hydrogen secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の電子技術の進歩による省電力化、
実装技術の進歩により従来では予想し得なかった電子機
器が小型化およびポータブル化されてきている。それに
伴い、前記電子機器の電源である二次電池に対する高容
量化,長寿命化が特に要求されている。例えばパーソナ
ル化、ポータブル化が進むOA機器,電話機,AV機器
においては、特に小型軽量化,およびコードレスでの機
器使用時間の延伸などの目的で高性能電池の開発が所望
されている。このような要求に対応する電池として、従
来の焼結式ニッケルカドミウム電池の電極基板を三次元
構造体とした非焼結式ニッケルカドミウム電池が開発さ
れたが、顕著な容量増加は達成されていない。
2. Description of the Related Art Power saving due to recent advances in electronic technology,
Due to the progress of packaging technology, electronic devices that have not been expected in the past are becoming smaller and more portable. Along with this, there is a particular demand for higher capacity and longer life of the secondary battery that is the power source of the electronic device. For example, in OA devices, telephones, and AV devices that are becoming more personalized and portable, development of high-performance batteries is desired especially for the purpose of downsizing and weight reduction, and extension of device usage time without a cord. A non-sintered nickel-cadmium battery that uses the electrode substrate of a conventional sintered nickel-cadmium battery as a three-dimensional structure has been developed as a battery that meets such requirements, but a significant increase in capacity has not been achieved. .

【0003】そこで、近年、負極として水素吸蔵合金粉
末を集電体に固定した構造のものを使用したアルカリ二
次電池(ニッケル水素二次電池)が提案され、脚光を浴
びている。このニッケル水素電池に使用される負極は、
一般に、下記の手順で製造される。すなわち、高周波溶
解法やアーク溶解法などによって水素吸蔵合金を溶解し
た後に、冷却・粉砕し、得られた粉砕粉に導電剤や結合
剤を添加して混練物を形成し、この混練物を集電体に塗
布または圧着して製造される。この水素吸蔵合金を使用
した負極は、従来の代表的なアルカリ二次電池用負極材
料であるカドミウムに比較し、単位重量当りまたは容積
当りの実効的なエネルギ密度を大きくすることができ、
電池の高容量化を可能とする他、毒性が少なく環境汚染
のおそれが少ないという特徴を持っている。
Therefore, in recent years, an alkaline secondary battery (nickel-hydrogen secondary battery) using a negative electrode having a structure in which hydrogen-absorbing alloy powder is fixed to a current collector has been proposed and is in the spotlight. The negative electrode used in this nickel-hydrogen battery is
Generally, it is manufactured by the following procedure. That is, after melting the hydrogen storage alloy by a high frequency melting method, an arc melting method, etc., it is cooled and pulverized, and a conductive agent and a binder are added to the obtained pulverized powder to form a kneaded product, and this kneaded product is collected. It is manufactured by applying or pressure bonding to an electric body. The negative electrode using this hydrogen storage alloy can increase the effective energy density per unit weight or volume as compared with the conventional typical negative electrode material for alkaline secondary batteries, which is cadmium.
In addition to being able to increase the capacity of batteries, it has the characteristics of low toxicity and low risk of environmental pollution.

【0004】しかしながら、水素吸蔵合金を含む負極
は、二次電池に組み込まれた状態において電解液である
濃厚なアルカリ水溶液に浸漬される他、特に過充電時に
は正極より発生する酸素に曝されるため、水素吸蔵合金
が腐食して電極特性が劣化し易い。さらに、充放電時に
おいて前記水素吸蔵合金中への水素の吸蔵、放出に伴っ
て体積が膨張、収縮するため、水素吸蔵合金に割れを生
じ、水素吸蔵合金粉末の微粉化が進行する。水素吸蔵合
金の微粉化が進行すると、水素吸蔵合金の比表面積が加
速度的に増加するため、水素吸蔵合金表面のアルカリ性
電解液による劣化面積の割合が増加する。しかも、水素
吸蔵合金粉末と集電体との間の導電性も劣化するため、
サイクル寿命が低下する上に電極特性も劣化する。
However, since the negative electrode containing the hydrogen storage alloy is immersed in a concentrated alkaline aqueous solution which is an electrolytic solution when it is incorporated in a secondary battery, it is exposed to oxygen generated from the positive electrode especially during overcharge. However, the hydrogen storage alloy is corroded and the electrode characteristics are easily deteriorated. Furthermore, during charging / discharging, the volume of the hydrogen-absorbing alloy expands and contracts as it is absorbed and released into the hydrogen-absorbing alloy, so that the hydrogen-absorbing alloy is cracked and the hydrogen-absorbing alloy powder is pulverized. As the pulverization of the hydrogen storage alloy progresses, the specific surface area of the hydrogen storage alloy increases at an accelerating rate, so that the ratio of the area of deterioration of the surface of the hydrogen storage alloy due to the alkaline electrolyte increases. Moreover, since the conductivity between the hydrogen storage alloy powder and the current collector also deteriorates,
The cycle life is reduced and the electrode characteristics are also deteriorated.

【0005】そこで、上述した問題を解決するために水
素吸蔵合金を多元化したり、水素吸蔵合金粉末表面また
は水素吸蔵合金を含む負極表面にニッケル薄膜や銅薄膜
をめっき法、蒸着法等により付着させ電解液と直接接触
しないようにして耐食性を向上させたり、機械的強度を
増加させて割れを防止したり、あるいはアルカリ溶液中
へ浸漬後、乾燥させることにより水素吸蔵合金表面の劣
化を抑制したりという方法が提案されているが、必ずし
も十分な改善を図ることができず、却って電極容量の低
下を招く場合があった。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, hydrogen storage alloys are made plural, or nickel thin films or copper thin films are attached to the surface of the hydrogen storage alloy powder or the surface of the negative electrode containing the hydrogen storage alloy by plating or vapor deposition. Prevents direct contact with electrolytic solution to improve corrosion resistance, increases mechanical strength to prevent cracking, or suppresses deterioration of hydrogen storage alloy surface by immersing in alkaline solution and drying. Although such a method has been proposed, it has not always been possible to achieve sufficient improvement, and in some cases, the electrode capacitance may be reduced.

【0006】また、従来の水素吸蔵合金は上述の如く、
アルカリ電解液により一種の腐食反応が生じ電極特性が
劣化するが、この反応は電解液の消費を伴う。したがっ
て、ある程度電解液量が減少しても電池反応を阻害する
ことがないように、従来の電池では電池反応を速かに進
行させるのに必要な量以上に電解液を多目に封入してい
る。しかしながら、電解液量が増加し、水素吸蔵合金電
極表面を覆うようになると、過充電領域で発生する酸素
ガスの消費反応速度が低下するため、電池内圧が上昇す
るという問題が生じる。
Further, the conventional hydrogen storage alloy is as described above.
The alkaline electrolyte causes a kind of corrosion reaction to deteriorate the electrode characteristics, but this reaction involves the consumption of the electrolyte. Therefore, in order to prevent the battery reaction from being hindered even if the amount of the electrolytic solution is reduced to some extent, the conventional battery should be filled with the electrolytic solution in excess of the amount necessary to accelerate the battery reaction. There is. However, when the amount of the electrolytic solution increases to cover the surface of the hydrogen storage alloy electrode, the consumption reaction rate of oxygen gas generated in the overcharge region decreases, which causes a problem that the internal pressure of the battery increases.

【0007】さらに、上述の水素吸蔵合金電極の劣化は
電池設計上も問題となっている。つまり、アルカリ二次
電池を密閉化するため、通常は電池を放電した際にも一
部充電状態の水素吸蔵合金電極部分が残存するように、
また電池を充電した際には一部未充電状態の水素吸蔵合
金電極部分が残存するように、電池設計はなされる。し
かしながら、充放電の進行に伴なって、水素吸蔵合金電
極の劣化が進むため、電池として充分なサイクル寿命を
確保するためには、合金が劣化しても前述の関係を維持
し得るように多量の水素吸蔵合金を入れる必要がある。
そのため、容量規制電極であるニッケル極の体積を減ら
し、水素吸蔵合金電極の体積を増加させているため、電
池容量の増大を阻害している他、水素吸蔵合金が高価で
あるため、電池価格の上昇を招いていた。
Further, the above-mentioned deterioration of the hydrogen storage alloy electrode poses a problem in battery design. That is, in order to seal the alkaline secondary battery, so that the hydrogen storage alloy electrode portion in a partially charged state usually remains even when the battery is discharged,
Further, the battery is designed so that when the battery is charged, a part of the hydrogen storage alloy electrode part which is in an uncharged state remains. However, the deterioration of the hydrogen storage alloy electrode progresses with the progress of charging and discharging. Therefore, in order to secure a sufficient cycle life as a battery, a large amount of the hydrogen storage alloy electrode must maintain the above relationship even if the alloy deteriorates. It is necessary to insert the above hydrogen storage alloy.
Therefore, the volume of the nickel electrode, which is the capacity control electrode, is reduced and the volume of the hydrogen storage alloy electrode is increased, which hinders the increase of the battery capacity, and the hydrogen storage alloy is expensive. Was inviting a rise.

【0008】ところで、上記水素吸蔵合金としては、Z
r−Ti−Mn−Fe−Ag−V−Al−WやTi15
2115Ni29Cr5 Co5 Fe1 Mn8 等で代表され
るAB2 系あるいはA2 B系の水素吸蔵合金が例示され
る。これらの水素吸蔵合金は、溶解鋳造した合金を粉砕
する通常の方法で製造されている。これらの合金系を電
池の負極に使用した場合は、いずれも電極容量が高く、
それぞれ300mAh/g,400mAh/g程度の良
好な容量が得られる上に、合金を構成する大部分の金属
材料も安価で経済的である。
By the way, as the hydrogen storage alloy, Z
r-Ti-Mn-Fe- Ag-V-Al-W and Ti 15 Z
Examples thereof include AB 2 or A 2 B type hydrogen storage alloys represented by r 21 V 15 Ni 29 Cr 5 Co 5 Fe 1 Mn 8 . These hydrogen storage alloys are manufactured by the usual method of crushing melt cast alloys. When these alloys are used for the negative electrode of the battery, the electrode capacity is high,
Good capacities of about 300 mAh / g and 400 mAh / g are obtained, and most of the metal materials constituting the alloy are inexpensive and economical.

【0009】しかしながら、これらの合金系は、一般に
均一な組成分布となるように製造することが困難である
という欠点を有する。また上記合金系を電極材料として
使用した電池においては容量の立上りが遅く、電池組立
後において数10サイクルの活性化操作(充放電操作)
を繰り返して初めて高電極容量が得られるという問題が
あった。しかも大電流での放電特性が悪い欠点があり、
さらに低温条件下での電圧降下が大きい難点があった。
すなわち近年要求されている高電極容量、長寿命性およ
び初期活性の3特性のうち、高容量化は達成される反
面、初期活性(立上り性)の面で技術的要求を満足させ
ることが困難であった。
However, these alloy systems generally have the drawback that it is difficult to produce them with a uniform composition distribution. In addition, a battery using the above alloy system as an electrode material has a slow capacity rise, and the activation operation (charge / discharge operation) of several tens of cycles after the battery is assembled.
There was a problem that a high electrode capacity could be obtained only after repeating the above. Moreover, there is a drawback that the discharge characteristics at large currents are poor,
Furthermore, there was a drawback that the voltage drop was large under low temperature conditions.
That is, of the three characteristics of high electrode capacity, long life, and initial activity that have been recently demanded, high capacity can be achieved, but it is difficult to satisfy the technical requirements in terms of initial activity (rising property). there were.

【0010】一方、アルカリ二次電池に用いられる他の
水素吸蔵合金として、LaNi5 で代表されるAB5
合金がある。この六方晶構造を有する合金系を使用した
負極は、従来の代表的なアルカリ二次電池用負電極材料
であるカドミウムを使用した場合と比較して、電池の単
位重量または単位容積当りの実効的なエネルギ密度を大
きくすることが可能であり、電池の高容量化を可能とす
る上に、カドミウム公害等の環境汚染を発生するおそれ
も少なく、電池特性も良好であるという特徴を有してい
る。また上記AB5 系合金を使用した電池では大電流放
電が可能であるという長所がある。ちなみにMm−Ni
−Co−Al系合金(Mmはミッシュメタル)から成る
AB5 系水素吸蔵合金の電極容量は200mAh/g未
満という低い状態であり、また充放電によるサイクル寿
命は400サイクル程度であり、昨今の技術的要求水準
である電極容量およびサイクル寿命を共に満足する段階
には到達していない。
On the other hand, as another hydrogen storage alloy used for alkaline secondary batteries, there is an AB 5 alloy represented by LaNi 5 . The negative electrode using the alloy system having this hexagonal structure is more effective per unit weight or unit volume of the battery than when using cadmium, which is a conventional typical negative electrode material for alkaline secondary batteries. It is possible to increase the energy density of the battery, increase the capacity of the battery, reduce the risk of environmental pollution such as cadmium pollution, and have good battery characteristics. . Further, a battery using the AB 5 alloy has an advantage that it can discharge a large current. By the way, Mm-Ni
The electrode capacity of the AB 5 type hydrogen storage alloy made of —Co—Al type alloy (Mm is misch metal) is as low as less than 200 mAh / g, and the cycle life due to charge / discharge is about 400 cycles. It has not reached the stage where both the electrode capacity and the cycle life, which are the required standards, are satisfied.

【0011】そこで上記AB5 系水素吸蔵合金を使用し
た電池の電極容量を増加するために、Aサイトの含有比
率を相対的に高める手法も採用されている。この手法に
よれば電極容量を3割程度増加させることができる反
面、充放電のサイクル寿命が短縮される欠点がある。
Therefore, in order to increase the electrode capacity of the battery using the AB 5 type hydrogen storage alloy, a method of relatively increasing the content ratio of A site is also adopted. According to this method, the electrode capacity can be increased by about 30%, but there is a drawback that the charge / discharge cycle life is shortened.

【0012】またAサイトの構成材となるミッシュメタ
ル(Mm:Laを10〜50wt%,Ceを30〜60
wt%,Prを2〜10wt%,Ndを10〜45wt
%等を含有する希土類元素の混合体)中のLa含有量を
高める手法も採用されている。すなわちミッシュメタル
中のCe元素を減少せしめてLa含有量を相対的に高め
たミッシュメタルを使用することにより、電極容量を3
割程度増大することも可能である。しかしながら、この
場合もサイクル寿命を長期化することは困難であった。
Further, misch metal (Mm: La is 10 to 50 wt%, Ce is 30 to 60) which is a constituent material of the A site.
wt%, Pr 2-10 wt%, Nd 10-45 wt
%, A method of increasing the La content in a rare earth element mixture) is also used. That is, by using the misch metal in which the Ce element in the misch metal is reduced and the La content is relatively increased, the electrode capacitance is 3
It is also possible to increase it by about 50%. However, also in this case, it was difficult to extend the cycle life.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように、
昨今の技術的要求水準である電極容量、サイクル寿命お
よび初期立上り特性、電位安定性を共に満足するニッケ
ル水素二次電池に好適な電池用水素吸蔵合金は未だ実用
化されていない。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above,
Hydrogen storage alloys suitable for nickel-hydrogen secondary batteries, which satisfy all of the technically required levels of electrode capacity, cycle life, initial rising characteristics, and potential stability, have not yet been put into practical use.

【0014】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、本願発明の第1の目的は高い電極容
量、長寿命特性および良好な立上り特性の三大特性を共
に満足させることが可能な電池用水素吸蔵合金,その製
造方法およびその合金を使用したニッケル水素二次電池
を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and the first object of the present invention is to satisfy all three major characteristics of high electrode capacitance, long life characteristics and good rising characteristics. A hydrogen storage alloy for a battery, a method for producing the same, and a nickel-hydrogen secondary battery using the alloy are provided.

【0015】本発明の第2の目的は、水素吸蔵合金をニ
ッケル水素二次電池の負極活物質として使用する際に、
特に長寿命特性に優れた電池用水素吸蔵合金およびそれ
を用いたニッケル水素二次電池を提供することにある。
A second object of the present invention is to use a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material of a nickel hydrogen secondary battery,
Particularly, it is to provide a hydrogen storage alloy for a battery, which is excellent in long-life characteristics, and a nickel-hydrogen secondary battery using the same.

【0016】本発明の第3の目的は、劣化が少ない水素
吸蔵合金電極を使用し、電解液量と電極容量比を規定す
ることにより、高容量で長寿命、さらには低価格のニッ
ケル水素二次電池を提供しようとすることにある。
A third object of the present invention is to use a hydrogen-absorbing alloy electrode with little deterioration and to regulate the amount of electrolyte and the electrode capacity ratio, so that the capacity of the nickel-hydrogen alloy is high and the life is long, and the cost is low. It is about trying to provide the next battery.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段と作用】上記第1の目的を
達成するため、本願発明者らは電極容量の増加が容易で
ある点および常温常圧付近で水素を吸蔵および放出でき
る点に着目してAB5 系水素吸蔵合金を研究対象に選択
した。そしてこのAB5 系合金成分を種々の元素で置換
し、また種々製法を換えて各種組成の水素吸蔵合金を試
作し、その組成、製法、熱処理条件等が電池特性に及ぼ
す効果を比較研究した。その結果、以下のような知見が
段階的に得られた。
In order to achieve the above first object, the inventors of the present invention have focused on the fact that the electrode capacity can be easily increased and that hydrogen can be absorbed and released near room temperature and atmospheric pressure. Then, the AB 5 type hydrogen storage alloy was selected as a research object. Then, hydrogen-absorbing alloys having various compositions were produced by substituting the AB 5 type alloy components with various elements and changing the various production methods, and the effects of the composition, the production method, the heat treatment conditions and the like on the battery characteristics were comparatively studied. As a result, the following findings were obtained step by step.

【0018】まず上記第1の目的を達成する発明につい
て説明する。AB5 系水素吸蔵合金の一部をMnで置換
したときに、電極容量280mAh/g程度まで大幅に
改善されることが判明した。しかしながら、Mnの置換量
が一定量を超えると、水素吸蔵合金の耐食性が低下し、
当該合金を使用した電池の寿命特性は却って低下してし
まう事実を見出した。
First, the invention for achieving the first object will be described. It was found that when a part of the AB 5 type hydrogen storage alloy was replaced with Mn, the electrode capacity was significantly improved to about 280 mAh / g. However, when the substitution amount of Mn exceeds a certain amount, the corrosion resistance of the hydrogen storage alloy decreases,
It has been found that the life characteristics of the battery using the alloy is rather deteriorated.

【0019】すなわち、アルカリ二次電池の電解液であ
る濃厚アルカリ水溶液により腐食が、特に過充電時に正
極より発生する酸素が共存すると進行し易くなり、電極
特性が劣化するという問題が明らかになってきた。
That is, it has become clear that corrosion is caused by a concentrated alkaline aqueous solution which is an electrolytic solution of an alkaline secondary battery, particularly when oxygen generated from the positive electrode at the time of overcharging coexists, and the electrode characteristics are deteriorated. It was

【0020】そこで本願発明者らは上記Mnの添加によ
って電池の寿命特性が低下する原因を究明した。そして
Mnを添加した各種AB5 系合金組織の構成元素をX線
マイクロアナライザ(EPMA)によって分析したとこ
ろ、Mn添加量の増加とともに各合金組織におけるMn
の偏析量が増加するという傾向が確認された。この傾向
から推察するところ、Mn添加量の増加とともに進行す
る電池の寿命低下の原因は主としてMnの偏析によるこ
とが判明した。
Therefore, the inventors of the present application have investigated the cause of the deterioration of the life characteristics of the battery due to the addition of Mn. When the constituent elements of various AB 5 type alloy structures to which Mn was added were analyzed by an X-ray microanalyzer (EPMA), Mn in each alloy structure increased as the amount of Mn added increased.
It was confirmed that the amount of segregation of No. 1 increased. From this tendency, it was found that segregation of Mn was the main cause of the decrease in battery life that proceeded with an increase in the amount of Mn added.

【0021】つまり、従来の水素吸蔵合金の製造技術で
ある、冷却の能力が低い鋳込み法では冷却過程におい
て、結晶の成長が等方的に起きるため、水素吸蔵合金の
粒子内で粒界が不規則となり易い上に、合金が液相状態
で存在する時間が長くなるため、粒界部への偏析が生じ
易くなる。また冷却能力が高い鋳込み法を用いて部分的
に柱状晶を形成した場合においても、柱状晶の短径方向
への成長が進み、偏析が大きく、合金の耐食性も低下し
易い。またMnは他の合金構成元素よりも脆い特徴があ
る。その結果、前記粒界部への偏析が腐食の開始点とな
る他、機械的強度を低下させるため、水素の吸蔵,放出
に伴う合金の微粉化が顕著になる。
In other words, in the conventional casting method of hydrogen storage alloy, which has a low cooling capacity, the crystal growth isotropic in the cooling process, so that grain boundaries are not formed in the hydrogen storage alloy particles. In addition to being easily ordered, segregation at the grain boundary portion is likely to occur because the time the alloy is present in the liquid phase is long. Further, even when the columnar crystals are partially formed by using the casting method having a high cooling ability, the columnar crystals grow in the minor axis direction, the segregation is large, and the corrosion resistance of the alloy is likely to decrease. In addition, Mn has a characteristic that it is more brittle than other alloy constituent elements. As a result, the segregation at the grain boundary portion serves as a starting point of corrosion and also lowers the mechanical strength, so that the pulverization of the alloy becomes remarkable due to the absorption and desorption of hydrogen.

【0022】また吸蔵合金内の偏析は、局部電池を形成
し易く、その電食作用によってMnがアルカリ電解液中
に溶出したり、合金表面のMnがMn(OH)2 に変化
したりして合金の腐食が加速され、水素吸蔵合金自体の
水素吸蔵量が減少したり、または腐食により水素吸蔵合
金が電極から剥離することにより電池の容量低下が起こ
ると考えられる。さらに上記偏析による粒界強度の低下
に起因する合金の微粉化が進行して電池特性の経時劣化
も進行すると考えられる。
Further, the segregation in the storage alloy easily forms a local battery, and Mn is eluted into the alkaline electrolyte due to its electrolytic corrosion action, or Mn on the surface of the alloy is changed to Mn (OH) 2. It is considered that the corrosion of the alloy is accelerated and the hydrogen storage amount of the hydrogen storage alloy itself is reduced, or the hydrogen storage alloy is peeled off from the electrode due to the corrosion, so that the capacity of the battery is reduced. Further, it is considered that the alloy becomes finer due to the decrease in the grain boundary strength due to the segregation and the deterioration of the battery characteristics with time also progresses.

【0023】これらのことからMnの偏析を少なくすれ
ば高容量でかつ長寿命の水素吸蔵合金電極を得ることが
できることが期待される。
From the above, it is expected that a hydrogen storage alloy electrode having a high capacity and a long life can be obtained by reducing the segregation of Mn.

【0024】そこで、Mnの偏析を少なくする方法とし
て、次のような手法を試行した。 (1)合金材料の溶解時に、構成元素をできるだけ細か
くしてよく混ぜ合せてから溶解坩堝に仕込んだ。しかし
ながら、溶融状態では比較的よく混ざり合っているもの
の、冷却時に数十μm〜数百μmの大きさの偏析が形成
された。 (2)溶融時に使用する加熱装置として抵抗発熱体を使
わずに高周波加熱装置を使用し、強制的に溶湯の撹拌を
行なった。この場合、溶融状態では非常に均一に撹拌さ
れているものの、冷却時に数十μm〜数百μmの大きさ
の偏析が形成された。 (3)合金溶湯を鋳込む際に溶湯の温度を可及的に高め
て、合金溶湯の粘性を下げることにより溶湯の均質化を
図った。この場合、冷却時に数十μm〜数百μmの大き
さの偏析が形成された。 (4)キャスト後に熱処理(例えば、1000℃・8
h)を行なうことにより偏析を低減した。この場合、効
果は大きいものの数十μm大きさの偏析は残ってしまっ
た。
Therefore, the following method was tried as a method for reducing segregation of Mn. (1) At the time of melting the alloy material, the constituent elements were made as fine as possible and well mixed, and then charged into a melting crucible. However, although they were relatively well mixed in the molten state, segregation with a size of several tens of μm to several hundreds of μm was formed during cooling. (2) As a heating device used during melting, a high-frequency heating device was used without using a resistance heating element, and the molten metal was forcibly stirred. In this case, although it was stirred very uniformly in the molten state, segregation having a size of several tens μm to several hundreds μm was formed during cooling. (3) When casting the molten alloy, the temperature of the molten alloy was raised as much as possible to lower the viscosity of the molten alloy, thereby homogenizing the molten alloy. In this case, segregation having a size of several tens μm to several hundreds μm was formed during cooling. (4) Heat treatment after casting (for example, 1000 ° C / 8
Segregation was reduced by carrying out h). In this case, although the effect was great, segregation with a size of several tens of μm remained.

【0025】このように、たとえ上記手法の1つ、ある
いは2以上を組み合せて処理を行なっても、偏析は減る
ものの要求特性を充分に満足させることができなかっ
た。
Thus, even if one or more of the above-mentioned methods are combined and treated, segregation is reduced, but the required characteristics cannot be sufficiently satisfied.

【0026】本発明者らは上記Mn等の偏析を防止する
対策を種々検討した結果、当初Mnを含有した所定組成
の合金溶湯を従来の鋳込み法における冷却速度より速い
1000〜1200℃/sの冷却速度で冷却する方法を
採用した。
As a result of various studies on the measures for preventing segregation of Mn and the like, the present inventors initially found that a molten alloy having a predetermined composition containing Mn at a temperature of 1000 to 1200 ° C./s which is faster than the cooling rate in the conventional casting method. The method of cooling at the cooling rate was adopted.

【0027】しかしながら、この方法ではMn偏析は減
少するものの、やはり要求特性を充分満足させることが
できなかった。
However, although the Mn segregation was reduced by this method, the required characteristics could not be sufficiently satisfied.

【0028】そこで、さらに冷却速度が1800℃/s
以上の高速冷却を採用して実験を継続した。その結果、
1000〜1200℃/sの範囲の低速冷却とは全く実
験結果が異なることを発見した。すなわち冷却速度が1
800℃/s以上になると、該合金中に分布するMn濃
度の最大値が合金全体のMn濃度の平均値の1.3倍以
下になると共に、該合金中に偏析しているMnの最大径
が0.5μm以下になることを発見した。さらに、この
ようなMn分布を有する合金をニッケル水素二次電池に
適用すると、容量特性が低下することなく、充放電サイ
クル寿命特性が飛躍的に向上することを見出した。
Therefore, the cooling rate is further increased to 1800 ° C./s.
The experiment was continued using the above high-speed cooling. as a result,
It was discovered that the experimental results were quite different from slow cooling in the range of 1000-1200 ° C / s. That is, the cooling rate is 1
At 800 ° C./s or more, the maximum value of Mn concentration distributed in the alloy becomes 1.3 times or less of the average value of Mn concentration of the entire alloy, and the maximum diameter of Mn segregated in the alloy. Was found to be 0.5 μm or less. Furthermore, it has been found that when an alloy having such Mn distribution is applied to a nickel-hydrogen secondary battery, the charge / discharge cycle life characteristics are dramatically improved without lowering the capacity characteristics.

【0029】ここでまずMn濃度の分布について述べ
る。合金中に分布するMn濃度の最大値が合金全体のM
n濃度の平均値の1.3倍を超える値を示す合金は、M
n濃度が局部的に大きい部位が合金中に分散している。
そのような部位ではニッケル水素電池の負極に用いられ
た状態において腐食反応が起こり易く、水素吸蔵合金自
体の劣化が進行し易い。またそのようにMn濃度が異な
る部位が存在すると電極反応による水素の吸蔵脱離に伴
う水素吸蔵合金体積の膨張収縮の度合が部分的に異なっ
てくるため、合金内部に応力が生じ微粉化が進行し易く
なり、微粉化による比表面積増大の結果、水素吸蔵合金
の劣化がより一層加速される。
First, the distribution of the Mn concentration will be described. The maximum value of Mn concentration distributed in the alloy is M of the entire alloy.
An alloy showing a value exceeding 1.3 times the average value of n concentration is M
Sites where the n concentration is locally high are dispersed in the alloy.
In such a portion, a corrosion reaction is likely to occur in a state where it is used as a negative electrode of a nickel-hydrogen battery, and deterioration of the hydrogen storage alloy itself is likely to proceed. In addition, if there is such a site having a different Mn concentration, the degree of expansion and contraction of the hydrogen storage alloy volume due to the absorption and desorption of hydrogen due to the electrode reaction will partly differ, so that stress is generated inside the alloy and pulverization progresses. As a result of increasing the specific surface area due to pulverization, the deterioration of the hydrogen storage alloy is further accelerated.

【0030】合金中に分布するMn濃度の最大値が合金
中のMn濃度の平均値の1.3倍以下の値を示す水素吸
蔵合金にあっては、上記の現象の発生が生じ難い。した
がって、このような合金を負極に適用した際、合金の腐
食の進行が抑えられるためニッケル水素電池のサイクル
寿命特性が向上するものと考えられる。
The above phenomenon hardly occurs in the hydrogen storage alloy in which the maximum value of Mn concentration distributed in the alloy is 1.3 times or less the average value of Mn concentration in the alloy. Therefore, when such an alloy is applied to the negative electrode, it is considered that the progress of corrosion of the alloy is suppressed and the cycle life characteristics of the nickel hydrogen battery are improved.

【0031】実際に本発明者らの実験から得られた合金
全体のMn濃度の平均値に対する合金中のMn濃度の最
大値との比と、合金電極のサイクル寿命(充放電サイク
ル数)との関係を図29に示す。図29に示す線図に
は、Mn濃度の最大値が平均値の1.3倍付近において
特異点が存在することが明らかになった。すなわちMn
濃度の最大値が平均値の1.3倍となる特異点を境界に
して電池寿命特性が大幅に変化するという事実を本願発
明者らが初めて発見した。
The ratio of the average value of Mn concentration of the entire alloy to the maximum value of Mn concentration in the alloy and the cycle life (the number of charge / discharge cycles) of the alloy electrode actually obtained from the experiments by the present inventors. The relationship is shown in FIG. In the diagram shown in FIG. 29, it became clear that a singular point exists when the maximum value of Mn concentration is around 1.3 times the average value. That is, Mn
The present inventors have for the first time discovered the fact that the battery life characteristics change drastically at the boundary of the singularity at which the maximum concentration is 1.3 times the average value.

【0032】次に偏析しているMnの最大径について述
べる。偏析しているMnの最大径が0.5μmを超える
合金は、偏析部分が大きいため、このような合金をニッ
ケル水素電池に用いた際、偏析点が腐食反応の起点とな
り、水素吸蔵合金自体の劣化が進行し易くなる。また電
極反応による水素吸蔵脱離に伴って合金が膨張収縮する
と、Mnの偏析点に応力が集中するため、その偏析点よ
り割れが発生し易くなり、微粉化がさらに進行し易くな
る。
Next, the maximum diameter of segregated Mn will be described. An alloy having a maximum segregated Mn diameter of more than 0.5 μm has a large segregation portion. Therefore, when such an alloy is used in a nickel-hydrogen battery, the segregation point serves as the starting point of the corrosion reaction, which causes Degradation is likely to progress. Further, when the alloy expands and contracts due to hydrogen absorption and desorption due to the electrode reaction, stress concentrates at the segregation point of Mn, so that cracks are likely to occur from the segregation point, and pulverization is further facilitated.

【0033】一方、偏析しているMnの最大径が0.5
μm以下である水素吸蔵合金にあっては、上記の現象の
発生は生じ難くなる。したがって、このような合金をニ
ッケル水素電池の負極に適用した際には、負極合金の腐
食進行が抑制されるため、ニッケル水素電池のサイクル
寿命特性が向上するものと考えられる。
On the other hand, the maximum diameter of segregated Mn is 0.5.
In a hydrogen storage alloy having a thickness of μm or less, the above phenomenon hardly occurs. Therefore, when such an alloy is applied to the negative electrode of a nickel hydrogen battery, it is considered that the progress of corrosion of the negative electrode alloy is suppressed, and the cycle life characteristics of the nickel hydrogen battery are improved.

【0034】合金中に偏析しているMnの最大径と、こ
の合金を使用した電極のサイクル寿命とを測定した実験
結果を図30に示す。図30に示す線図には、合金中に
偏析するMnの最大径が0.5μm付近において特異点
が存在することが明らかになった。すなわち、偏析して
いるMnの最大径が0.5μmとなる特異点を境界にし
て電池寿命が大幅に変化するという事実を本願発明者ら
が初めて発見した。
FIG. 30 shows the experimental results obtained by measuring the maximum diameter of Mn segregated in the alloy and the cycle life of the electrode using this alloy. In the diagram shown in FIG. 30, it was revealed that there is a singular point when the maximum diameter of Mn segregated in the alloy is around 0.5 μm. That is, the present inventors discovered for the first time the fact that the battery life greatly changes with the singular point at which the maximum diameter of segregated Mn becomes 0.5 μm as a boundary.

【0035】以上述べたように本発明者らは、Mn濃度
の分布および偏析しているMnの最大径と電池の要求特
性との間に特異点があることを初めて見い出すと共に、
上記Mn濃度の均一化および偏析の低減を達成するため
には、1800℃/s以上の冷却速度で合金溶湯を冷却
処理して水素吸蔵合金を調製することが必要であり、従
来のような1000〜1200℃/s程度の低速冷却で
は上記目的を達成できないことを発見した。また180
0℃/s以上の高速冷却により、初めて新規な形状の柱
状晶組織を造り出すことができた(表11参照)。
As described above, the present inventors have for the first time found that there is a singular point between the distribution of Mn concentration and the maximum diameter of segregated Mn and the required characteristics of the battery.
In order to achieve uniform Mn concentration and reduction of segregation, it is necessary to cool the molten alloy at a cooling rate of 1800 ° C./s or more to prepare a hydrogen storage alloy. It has been discovered that the above object cannot be achieved by slow cooling at about 1200 ° C / s. Again 180
By the high-speed cooling of 0 ° C./s or more, a columnar crystal structure having a new shape could be created for the first time (see Table 11).

【0036】ここで上記新規な形状の柱状晶組織とは柱
状結晶粒の短径と長径との比(アスペクト比)が1:2
以上である結晶粒をいう。そして、合金の粉砕粒の断面
に占める微細柱状晶の割合が50%以上、好ましくは7
0%以上、さらに好ましくは80%以上であると、より
高電極容量および長サイクル寿命が同時に達成できるこ
とを発見した。すなわち上記微細な柱状晶組織が形成さ
れると240mAh/g以上の高電極容量と500回以
上の長サイクル寿命とが同時に達成されることが初めて
発見されたのである。
Here, the columnar crystal structure having the novel shape means that the ratio (aspect ratio) of the minor axis to the major axis of the columnar crystal grains is 1: 2.
The above-mentioned crystal grains are referred to. The proportion of fine columnar crystals in the cross section of the crushed particles of the alloy is 50% or more, preferably 7%.
It has been discovered that higher electrode capacities and longer cycle lives can be achieved at the same time with 0% or more, more preferably 80% or more. That is, it was discovered for the first time that when the fine columnar crystal structure was formed, a high electrode capacity of 240 mAh / g or more and a long cycle life of 500 times or more were simultaneously achieved.

【0037】すなわち本発明者らは種々の検討を行なっ
た結果、1800℃/s以上の冷却速度による溶湯急冷
法で所定の特徴を有する微細結晶粒を合金中に形成する
ことにより、負極材としての特性を大幅に改善できるこ
とを見出した。
That is, as a result of various investigations by the present inventors, by forming fine crystal grains having a predetermined characteristic in the alloy by a melt quenching method at a cooling rate of 1800 ° C./s or more, a negative electrode material is obtained. It was found that the characteristics of can be greatly improved.

【0038】本発明者らが、検討した結果、上記の溶湯
急冷法によって製造した水素吸蔵合金では、Mn等の偏
析は、効果的に防止できることが判明した。
As a result of the study conducted by the present inventors, it was found that segregation of Mn and the like can be effectively prevented in the hydrogen storage alloy produced by the molten metal quenching method.

【0039】さらに本願発明者らは、急冷処理によって
生じる微細な内部歪に着目し、この内部歪を除去するこ
とにより、一層特性が優れた電池用水素吸蔵合金が得ら
れるという知見を得た。すなわち、溶融状態の合金材料
を上記したような方法で急冷すると、鋳造法とは異なり
結晶核を多数形成させて急激に冷却することになるた
め、合金の内部に冷却による歪が入り易くなる。この内
部歪の形成により、合金内部への水素の侵入および放出
が困難となり、電池特性が低下することが判明した。
Furthermore, the inventors of the present invention have paid attention to the minute internal strain generated by the rapid cooling treatment, and have found that by removing this internal strain, a hydrogen storage alloy for a battery having further excellent characteristics can be obtained. That is, when the alloy material in a molten state is rapidly cooled by the method as described above, unlike the casting method, a large number of crystal nuclei are formed and the material is rapidly cooled, so that the alloy is likely to be distorted by cooling. It has been found that the formation of this internal strain makes it difficult for hydrogen to penetrate into and release from the inside of the alloy, resulting in deterioration of battery characteristics.

【0040】そこで本発明者らは種々の検討を行なった
結果、本発明に係る水素吸蔵合金のように溶湯急冷法に
よって一旦微細な結晶組織を形成した溶湯急冷合金の場
合には、再結晶温度よりはるかに低い200〜500℃
の温度範囲において短時間熱処理するだけで合金の均一
性を保ちながら内部歪が効果的に除去され、特性がより
優れた電池用水素吸蔵合金が得られるという知見を初め
て得た。すなわち、この内部歪を上記熱処理によって緩
和することにより、合金内部への水素の侵入および放出
を一層容易にし、負極材料の特性をさらに改善できるこ
とを見出した。上記熱処理の時間としては、少なくとも
1時間必要である。
Therefore, as a result of various investigations by the present inventors, in the case of a melt-quenched alloy in which a fine crystal structure has been once formed by the melt-quenching method like the hydrogen storage alloy according to the present invention, the recrystallization temperature is Much lower than 200-500 ° C
For the first time, it was found that the internal strain can be effectively removed while maintaining the uniformity of the alloy and the hydrogen storage alloy for a battery with more excellent characteristics can be obtained only by performing the heat treatment for a short time in the temperature range. That is, it has been found that by relaxing this internal strain by the heat treatment, it is possible to further facilitate the penetration and release of hydrogen into the interior of the alloy and further improve the characteristics of the negative electrode material. The heat treatment time is at least 1 hour.

【0041】本発明は上記各種の知見に基づいて完成さ
れたものである。すなわち本発明に係る第1の電池用水
素吸蔵合金は、一般式A Nia Mnb c (但
し、AはY(イットリウム)を含む希土類元素より選択
される少なくとも1種の元素、MはCo,Al,Fe,
Si,Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,Hf,V,N
b,Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,In,G
eおよびSnの中から選択される少なくとも1種の元素
を主成分とする金属、3.5≦a≦5,0.1≦b≦
1,0≦c≦1,4.5≦a+b+c≦6)で表わされ
る組成を有する合金から成り、この合金が柱状晶組織を
有し、この柱状晶組織の短径と長径との比(アスペクト
比)が1:2以上の柱状晶の面積比率が50%以上であ
ることを特徴とする。すなわちAB5 系水素吸蔵合金の
B成分の一部をMnで置換して電極容量を増加させると
共に、新規な形状を有する長サイクル寿命の電極を形成
可能な水素吸蔵合金を形成することを特徴としている。
The present invention has been completed based on the above various findings. That is, the first hydrogen storage alloy for a battery according to the present invention has the general formula A Ni a Mn b M c (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium) and M is Co. , Al, Fe,
Si, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf, V, N
b, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, In, G
a metal whose main component is at least one element selected from e and Sn, 3.5 ≦ a ≦ 5, 0.1 ≦ b ≦
1,0 ≦ c ≦ 1,4.5 ≦ a + b + c ≦ 6), which has a columnar crystal structure, and the ratio of the minor axis to the major axis of the columnar structure (aspect ratio). The area ratio of columnar crystals having a ratio of 1: 2 or more is 50% or more. That is, a part of the B component of the AB 5 type hydrogen storage alloy is replaced with Mn to increase the electrode capacity, and a hydrogen storage alloy capable of forming an electrode having a novel shape and long cycle life is formed. There is.

【0042】また上記合金を急冷処理によって生成した
場合、溶湯急冷合金の厚さは10〜150μmに設定す
るとよい。また柱状晶の平均短径は30μm以下である
ことが好ましい。
When the above alloy is produced by quenching, the thickness of the melt-quenched alloy may be set to 10 to 150 μm. The average minor axis of the columnar crystals is preferably 30 μm or less.

【0043】本発明に係る第2の水素吸蔵合金は、一般
式A Nia Mnb c (但し、AはY(イットリ
ウム)を含む希土類元素より選択される少なくとも1種
の元素、MはCo,Al,Fe,Si,Cr,Cu,T
i,Zr,Zn,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,A
g,Pd,B,Ga,In,GeおよびSnの中から選
択される少なくとも1種の元素を主成分とする金属、
3.5≦a≦5,0.1≦b≦1,0≦c≦1,4.5
≦a+b+c≦6)で表わされる組成を有する合金から
なり、前記合金は、X線マイクロアナライザを用いて、
該合金の断面20μm四方を観察領域とし、該観察領域
の縦を100分割、横を100分割した単位領域毎にM
nの特性X線強度を観察した際、各単位領域のMnの特
性X線強度の平均値に対し、各単位領域のMnの特性X
線強度のうちの最大値が1.3倍以下であることを特徴
とする水素吸蔵合金である。
The second hydrogen storage alloy according to the present invention has the general formula A Ni a Mn b M c (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium) and M is Co. , Al, Fe, Si, Cr, Cu, T
i, Zr, Zn, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, A
a metal whose main component is at least one element selected from g, Pd, B, Ga, In, Ge and Sn;
3.5 ≦ a ≦ 5,0.1 ≦ b ≦ 1,0 ≦ c ≦ 1,4.5
≦ a + b + c ≦ 6), which is composed of an alloy having a composition represented by an X-ray microanalyzer,
A cross section of the alloy of 20 μm square is used as an observation area, and the observation area is divided into 100 units in the vertical direction and 100 units in the horizontal direction.
When observing the characteristic X-ray intensity of n, the characteristic X-ray intensity of Mn in each unit region was compared with the average value of the characteristic X-ray intensity of Mn in each unit region.
The hydrogen storage alloy is characterized in that the maximum value of the linear strength is 1.3 times or less.

【0044】前述した(合金中のMn濃度の最大値)/
(合金中のMn濃度の平均値)の値は、X線マイクロア
ナライザを用いて、該合金の断面20μm四方を観察領
域とし、該観察領域の縦を100分割、横を100分割
した単位領域毎にMnの特性X線強度を観察した際の
(各単位領域のMnの特性X線強度の最大値)/(各単
位領域のMnの特性X線強度の平均値)値に近似できる
ものである。本発明ではこの値を1.3倍以下とするも
のである。さらに好ましくは1.2以下であるとよい。
As described above (maximum Mn concentration in alloy) /
The value of (average value of Mn concentration in the alloy) was measured by using an X-ray microanalyzer with a cross section of the alloy of 20 μm square as an observation region, and the observation region was divided into 100 units vertically and 100 units horizontally. When the characteristic X-ray intensity of Mn is observed, the value can be approximated to (maximum value of Mn characteristic X-ray intensity of each unit area) / (average value of Mn characteristic X-ray intensity of each unit area). . In the present invention, this value is 1.3 times or less. More preferably, it is 1.2 or less.

【0045】また、本発明に係る第3の水素吸蔵合金
は、一般式A Nia Mnb c(但し、AはY
(イットリウム)を含む希土類元素より選択される少な
くとも1種の元素、MはCo,Al,Fe,Si,C
r,Cu,Ti,Zr,Zn,Hf,V,Nb,Ta,
Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,In,GeおよびS
nの中から選択される少なくとも1種の元素を主成分と
する金属、3.5≦a≦5,0.1≦b≦1,0≦c≦
1,4.5≦a+b+c≦6)で表わされる組成を有す
る合金からなり、合金中に偏析するMn粒子の最大径が
0.5μm以下であることを特徴とする。
The third hydrogen storage alloy according to the present invention has the general formula A Ni a Mn b M c (where A is Y).
At least one element selected from rare earth elements including (yttrium), M is Co, Al, Fe, Si, C
r, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf, V, Nb, Ta,
Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, In, Ge and S
a metal whose main component is at least one element selected from n, 3.5 ≦ a ≦ 5, 0.1 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c ≦
1, 4.5 ≦ a + b + c ≦ 6), and the Mn particles segregated in the alloy have a maximum diameter of 0.5 μm or less.

【0046】本発明に係る電池用水素吸蔵合金の第1の
製造方法は、一般式A NiaMnb c (但し、A
はY(イットリウム)を含む希土類元素より選択される
少なくとも1種の元素、MはCo,Al,Fe,Si,
Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,Hf,V,Nb,T
a,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,In,Geおよ
びSnの中から選択される少なくとも1種の元素を主成
分とする金属、3.5≦a≦5,0.1≦b≦1,0≦
c≦1,4.5≦a+b+c≦6)で表わされる組成を
有する合金溶湯を、高速回転する冷却ロールの走行面に
噴射して急冷凝固せしめる際に、1800℃/s以上の
冷却速度で急冷処理して水素吸蔵合金を形成することを
特徴とする。
The first method for producing a hydrogen storage alloy for a battery according to the present invention is the general formula A Ni a Mn b M c (where A
Is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), and M is Co, Al, Fe, Si,
Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf, V, Nb, T
a, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, In, Ge and Sn, a metal containing at least one element as a main component, 3.5 ≦ a ≦ 5, 0.1 ≦ b ≦ 1,0 ≦
When a molten alloy having a composition represented by c ≦ 1,4.5 ≦ a + b + c ≦ 6) is injected onto the running surface of a cooling roll that rotates at a high speed to quench and solidify, the alloy is rapidly cooled at a cooling rate of 1800 ° C./s or more. It is characterized by being processed to form a hydrogen storage alloy.

【0047】また、第2の製造方法は、前記組成を有す
る合金溶湯を1800℃/s以上の冷却速度で急冷処理
して溶湯急冷合金を調製し、得られた溶湯急冷合金を、
200〜500℃の温度範囲で少なくとも1時間熱処理
して電池用水素吸蔵合金を形成することを特徴とする。
In the second manufacturing method, the molten alloy having the above composition is quenched at a cooling rate of 1800 ° C./s or more to prepare a molten alloy quenched alloy, and the obtained molten alloy is alloyed.
It is characterized by forming a hydrogen storage alloy for a battery by heat-treating at a temperature range of 200 to 500 ° C. for at least 1 hour.

【0048】さらに合金溶湯の急冷処理は、真空下また
はArなどの不活性ガス雰囲気で実施するとよい。また
熱処理は、真空中または不活性ガス雰囲気中で実施する
とよい。上記第1および第2の製造方法において、溶湯
急冷合金は、高速回転する冷却ロールの走行面に合金溶
湯を噴射し急冷凝固せしめて形成し、上記冷却ロールの
走行面の周速を5〜15m/秒の範囲に設定するとよ
い。
Further, the quenching treatment of the molten alloy may be carried out under vacuum or in an atmosphere of an inert gas such as Ar. Further, the heat treatment may be performed in a vacuum or an inert gas atmosphere. In the first and second manufacturing methods, the molten metal quench alloy is formed by injecting the molten alloy onto the traveling surface of a cooling roll that rotates at a high speed and quenching and solidifying the molten alloy. The peripheral speed of the traveling surface of the cooling roll is 5 to 15 m. It is recommended to set it in the range of / second.

【0049】本発明に係る第1〜第3の電池用水素吸蔵
合金は、いずれもNia Mnb c をBで表すと本発
明に係る合金組成は、4.5≦a+b+c≦6よりAB
4.5〜AB6 となる。Bの組成比率x(すなわちa+b
+cの値)が上記範囲外になると、合金中にAB4.5
AB6 以外の相(例えばAB,AB2 ,AB3 ,A2
7 等から成る相およびBサイトを構成する元素単体から
成る相[以下第2相という])の生成量が増大する。
In all of the first to third hydrogen storage alloys for batteries according to the present invention, when Ni a Mn b M c is represented by B, the alloy composition according to the present invention is 4.5 ≦ a + b + c ≦ 6.
A 4.5 ~AB 6. B composition ratio x (ie a + b
When the value of + c) is out of the above range, AB 4.5 to
Phases other than AB 6 (eg AB, AB 2 , AB 3 , A 2 B
The production amount of the phase composed of 7 etc. and the phase composed of the element simple substance composing the B site [hereinafter referred to as the second phase]) is increased.

【0050】合金中にABx からなる相以外の第2相が
多くなると、水素吸蔵合金中に上記第2相を含む2種以
上の異種組成の合金相が互いに接する割合が高くなる。
このような異種組成の合金相同士の界面は、機械的強度
が弱く、この界面を起点として、水素の吸蔵・放出に伴
い割れが発生し易くなる。
When the amount of the second phase other than the phase composed of AB x increases in the alloy, the proportion of two or more alloy phases of different compositions containing the second phase in the hydrogen storage alloy that are in contact with each other increases.
The interface between the alloy phases having such different compositions has weak mechanical strength, and cracks are likely to occur from the interface as a starting point as hydrogen is absorbed and released.

【0051】また上記界面には、偏析が生じ易く、その
偏析物を起点として水素吸蔵合金の腐食が生じ易くな
る。さらに、前記第2相は電極使用条件下において、A
x に比べて水素の吸蔵量が少なく、前記第2相が多い
合金を電極として使用すると、単位体積当りの電極容量
が低下する。いずれにしろ水素吸蔵合金を電極材として
使用した場合において、電極容量および寿命の低下を引
き起こす。
Further, segregation is likely to occur at the interface, and corrosion of the hydrogen storage alloy is likely to occur from the segregated material as a starting point. Further, the second phase is
When an alloy containing less hydrogen than B x and containing a large amount of the second phase is used as an electrode, the electrode capacity per unit volume decreases. In any case, when a hydrogen storage alloy is used as an electrode material, the electrode capacity and life are reduced.

【0052】結局、前記Xの値を限定したのは次のよう
な理由によるのである。前記Xを4.5未満にすると電
池の充放電時の腐食が少なく、また割れや微粉化し難い
水素吸蔵合金を得ることができなくなる。一方、前記x
が6を超えると通常の工業的にとり得る合金作製方法に
よっては第2相の生成が認められ、水素吸蔵合金の特性
を向上できなくなる。したがって、xすなわち(a+b
+c)の値は4.5〜6の範囲に設定されるが、より好
ましくは4.6〜5.6、さらに好ましくは5.05〜
5.5の範囲である。
After all, the reason why the value of X is limited is as follows. When X is less than 4.5, the hydrogen storage alloy which is less likely to be corroded during charging / discharging of the battery and which is less likely to crack or become fine powder cannot be obtained. On the other hand, the x
When the value exceeds 6, the formation of the second phase is recognized depending on the usual industrially available alloy production method, and the characteristics of the hydrogen storage alloy cannot be improved. Therefore, x or (a + b
The value of + c) is set in the range of 4.5 to 6, more preferably 4.6 to 5.6, and further preferably 5.05.
The range is 5.5.

【0053】また本発明に係るA Nia Mnb
c を構成するA成分は、Yを含む希土類元素(具体的に
はY,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,G
d,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)のう
ちから選ばれる少なくとも1種を示す。なお、高純度の
希土類元素または単体の希土類元素は極めて高価であ
る。そこで複数の希土類元素の混合体であるミッシュメ
タル(以下MmまたはLmと略記する。)を使用すること
により水素吸蔵合金の材料コストを大幅に低減すること
が可能である。上記Mmとしては、通常La10〜50
wt%,Ce30〜60wt%,Pr2〜10wt%,
Nd10〜45wt%の組成のものが使用される。
Further, according to the present invention, A Ni a Mn b M
The A component constituting c is a rare earth element containing Y (specifically, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, G
d, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu). High-purity rare earth elements or simple rare earth elements are extremely expensive. Therefore, by using a misch metal (hereinafter abbreviated as Mm or Lm) that is a mixture of a plurality of rare earth elements, it is possible to significantly reduce the material cost of the hydrogen storage alloy. The Mm is usually La10 to 50.
wt%, Ce 30-60 wt%, Pr2-10 wt%,
A composition having an Nd of 10 to 45 wt% is used.

【0054】また、Niの組成比率aの値を3.5〜5
の範囲に限定したのは次のような理由によるものであ
る。aの値を3.5未満にすると電極の容量が低下す
る。一方、前記aが5を超えると他の合金成分の配合割
合が相対的に低下し、高容量化が困難となる。
Further, the value of the composition ratio a of Ni is 3.5 to 5
The reason for limiting the range to is as follows. If the value of a is less than 3.5, the capacity of the electrode will decrease. On the other hand, when the value of a exceeds 5, the blending ratio of the other alloy components is relatively decreased, and it becomes difficult to increase the capacity.

【0055】さらにMnは、水素吸蔵合金を含む負電極
の高容量化および水素の吸蔵放出圧力(平衡圧)の低下
に有効であるため、本発明合金の必須構成元素とした。
Mnはその組成比率bが0.1〜1.0となる範囲で添
加される。この組成比率bが1を超えると、合金電極の
微粉化が生じ易く、サイクル寿命が短かくなるため、組
成比率bの上限は1に設定した。一方、Mnの組成比率
がbが0.1未満の場合には、本発明の目的の1つであ
る電極容量の向上が達成し得ない。
Further, Mn is effective for increasing the capacity of the negative electrode containing the hydrogen storage alloy and for lowering the hydrogen storage / release pressure (equilibrium pressure), and is therefore an essential constituent element of the alloy of the present invention.
Mn is added in such a range that the composition ratio b is 0.1 to 1.0. If the composition ratio b exceeds 1, the alloy electrode is likely to be pulverized and the cycle life becomes short. Therefore, the upper limit of the composition ratio b is set to 1. On the other hand, when the composition ratio of Mn is less than 0.1, the improvement of the electrode capacity, which is one of the objects of the present invention, cannot be achieved.

【0056】また、一般式中のM成分はCo,Al,F
e,Si,Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,Hf,V,
Nb,Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,In,
GeおよびSnから選ばれる少なくとも1種の元素を主
成分とする金属を示す。上記M成分のうち、Co,A
l,Fe,Si,Cr,Cuは、水素吸蔵合金の長寿命
化に特に有効な元素である。M成分は、その組成比率c
が1以下となる範囲で添加される。上記組成比率cが1
を超えると合金により形成した電極の容量が低下してし
まうため、上限は1に設定した。また溶湯急冷法を使用
して合金を製造した場合には偏析が防止されるため、あ
る程度の長寿命化が達成される。したがって、上記M成
分の組成比率cの下限値は0とした。
The M component in the general formula is Co, Al, F.
e, Si, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf, V,
Nb, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, In,
A metal whose main component is at least one element selected from Ge and Sn is shown. Of the above M components, Co, A
1, Fe, Si, Cr and Cu are elements that are particularly effective for extending the life of the hydrogen storage alloy. M component is the composition ratio c
Is added in a range of 1 or less. The composition ratio c is 1
If it exceeds, the capacity of the electrode formed of the alloy will decrease, so the upper limit was set to 1. Further, when the alloy is manufactured by using the melt quenching method, segregation is prevented, so that the life is extended to some extent. Therefore, the lower limit of the composition ratio c of the M component is set to 0.

【0057】上記M成分のうち、AlはMnと同様に水
素の吸蔵放出圧力(解離圧)を下げる作用を有するとと
もに耐久性を増加させることができる。
Of the above M components, Al has a function of lowering the hydrogen storage / release pressure (dissociation pressure) as well as Mn, and can increase the durability.

【0058】またM成分のうち、Coは、電解液等に対
する合金の耐食性を向上させる上で有効であり、合金の
微粉化は顕著に抑制される。すなわちCo添加量を増や
すとサイクル寿命は向上する反面、電極容量が低下し、
高率放電特性が損われる傾向があるため、電池の用途に
応じてCo添加量の最適化を図る必要がある。
Of the M components, Co is effective in improving the corrosion resistance of the alloy against the electrolytic solution and the like, and the pulverization of the alloy is significantly suppressed. That is, when the amount of Co added is increased, the cycle life is improved, but the electrode capacity is reduced.
Since the high rate discharge characteristics tend to be impaired, it is necessary to optimize the amount of Co added depending on the application of the battery.

【0059】この他、本発明に係る水素吸蔵合金には、
Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,G
a,In,Ge,Sn,Pb,C,N,O,F,Cl,
SおよびP等から選ばれる少なくとも1種の元素が不純
物として本願発明合金の特性を阻害しない範囲で含まれ
ていてもよい。
In addition, the hydrogen storage alloy according to the present invention includes
Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, G
a, In, Ge, Sn, Pb, C, N, O, F, Cl,
At least one element selected from S, P and the like may be contained as an impurity as long as the characteristics of the alloy of the present invention are not impaired.

【0060】なお、これらの不純物の含有量はそれぞれ
6000ppm以下の範囲であることが好ましい。より
好ましくは5000ppm以下、さらに好ましくは40
00ppm以下が良い。
The content of each of these impurities is preferably in the range of 6000 ppm or less. More preferably 5000 ppm or less, still more preferably 40 ppm
00ppm or less is good.

【0061】本発明に係る電池用水素吸蔵合金の製造方
法としては、合金組成を均一化して偏析を防止し、また
は本願発明に係る結晶組織が得られる方法であれば特に
限定されないが、以下に図面を参照して詳述する単ロー
ル法、双ロール法等のような溶湯急冷法を用い、冷却ロ
ールの材質、冷却ロールの回転数(走行面の周速)、溶
湯温度、冷却チャンバ内のガス種、圧力、溶湯噴射量を
最適化することにより安定的に大量に製造することが可
能になる。
The method for producing the hydrogen storage alloy for a battery according to the present invention is not particularly limited as long as it is a method for homogenizing the alloy composition to prevent segregation or to obtain the crystal structure according to the present invention. Using a molten metal quenching method such as a single roll method or a twin roll method, which will be described in detail with reference to the drawings, the material of the cooling roll, the rotation speed of the cooling roll (peripheral speed of the running surface), the temperature of the molten metal, By optimizing the gas species, pressure, and injection amount of molten metal, it is possible to stably manufacture a large amount.

【0062】単ロール法 図1は、単ロール法による水素吸蔵合金製造装置を示
す。この製造装置は、銅、ニッケル等の熱導伝性に優れ
る直径300mm程度の冷却ロール5と、取鍋2から供
給された水素吸蔵合金溶湯3を貯留した後に前記冷却ロ
ール5の走行面に噴射する注湯ノズル4とを備えた構成
となっている。前記冷却ロール5等は真空または不活性
ガス雰囲気に調整された冷却チャンバー1内に収納され
ている。また、前記冷却ロール5の回転数は、冷却ロー
ル5の濡性と冷却速度および水素吸蔵合金溶湯3の噴射
量に依存するが、概ね300〜5000rpmに設定さ
れる。
Single Roll Method FIG. 1 shows an apparatus for producing a hydrogen storage alloy by the single roll method. This manufacturing apparatus stores a cooling roll 5 having a diameter of about 300 mm, which is excellent in heat conductivity of copper, nickel, etc., and a hydrogen storage alloy molten metal 3 supplied from a ladle 2 and then jetting the same onto a running surface of the cooling roll 5. And a pouring nozzle 4 for pouring. The cooling roll 5 and the like are housed in a cooling chamber 1 adjusted to a vacuum or an inert gas atmosphere. The rotation speed of the cooling roll 5 depends on the wettability and cooling rate of the cooling roll 5 and the injection amount of the hydrogen-absorbing alloy melt 3, but is set to approximately 300 to 5000 rpm.

【0063】上述した図1に示す製造装置において、取
鍋2から供給された水素吸蔵合金溶湯3を注湯ノズル4
より冷却ロール5の走行面へ噴射すると、合金溶湯は冷
却ロール5に接する面より固化し、結晶成長が始まり、
冷却ロール5より離脱するまでに完全に固化が終了す
る。その後、冷却チャンバー1内を飛翔する間に更に冷
却が進み、構成元素の濃度が均一で偏析が少なく、また
結晶成長方向が揃った水素吸蔵合金6が製造される。
In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 described above, the molten hydrogen storage alloy 3 supplied from the ladle 2 is poured into the pouring nozzle 4.
When sprayed further onto the running surface of the cooling roll 5, the molten alloy solidifies from the surface in contact with the cooling roll 5, crystal growth starts,
The solidification is completed by the time it is separated from the cooling roll 5. After that, the cooling further progresses while flying in the cooling chamber 1, and the hydrogen storage alloy 6 in which the concentration of the constituent elements is uniform, the segregation is small, and the crystal growth directions are aligned is manufactured.

【0064】双ロール法 図2は、双ロール法による水素吸蔵合金製造装置を示
す。この製造装置は、冷却チャンバー1内に各走行面が
対向するように配置された1対以上の冷却ロール5a,
5bと、原料金属を溶解し水素吸蔵合金溶湯3を調製す
る溶解炉7と、この溶解炉7からの水素吸蔵合金溶湯3
をタンディッシュ8を経て前記冷却ロール5a,5bの
間に噴射する注湯ノズル4を備えた構成になっている。
Twin Roll Method FIG. 2 shows an apparatus for producing a hydrogen storage alloy by the twin roll method. This manufacturing apparatus includes one or more pairs of cooling rolls 5a, which are arranged in the cooling chamber 1 so that their traveling surfaces face each other.
5b, a melting furnace 7 for preparing a hydrogen storage alloy melt 3 by melting a raw material metal, and a hydrogen storage alloy melt 3 from this melting furnace 7.
Is provided with a pouring nozzle 4 for injecting between the cooling rolls 5a and 5b through a tundish 8.

【0065】前記冷却ロール5a,5bは、銅、鉄等の
熱導伝性に優れた材質で形成された直径50mm程度の
ものである。前記冷却ロール5a,5bは0〜0.5m
m程度の微少な間隙dを維持しながら300〜2000
rpm程度の回転数で高速回転する。なお、冷却ロール
としては図2に示すように走行面が平行になっているも
のの他、走行面の断面形状をU字型やV字型とした、い
わゆる型ロールを採用することもできる。また、冷却ロ
ール5a,5bの間隙dを過大にすると、合金溶湯の冷
却方向が揃わず、その結果柱状晶の成長方向が乱れた水
素吸蔵合金が製造されるため、0.2mm以下に設定す
ることが好ましい。また間隙dを過大にすると、冷却速
度が低下し、Mnの偏析を促進するため、Mnの濃度均
一性が低下し、また粒界でのMn偏析粒子の大きさが大
きく成長した水素吸蔵合金が製造されるため、0.2mm
以下に設定する。
The cooling rolls 5a and 5b are made of a material having excellent heat conductivity such as copper and iron, and have a diameter of about 50 mm. The cooling rolls 5a and 5b are 0 to 0.5 m
300 to 2000 while maintaining a minute gap d of about m
It rotates at high speed at a rotation speed of about rpm. As the cooling roll, as shown in FIG. 2, in addition to the ones whose running surfaces are parallel to each other, so-called type rolls having a U-shaped or V-shaped cross-section can be used. Further, if the gap d between the cooling rolls 5a and 5b is excessively large, the cooling directions of the molten alloy are not aligned, and as a result, a hydrogen storage alloy in which the growth direction of columnar crystals is disturbed is produced, so it is set to 0.2 mm or less. It is preferable. Further, if the gap d is excessively large, the cooling rate is lowered, and the segregation of Mn is promoted, so that the concentration uniformity of Mn is lowered, and the size of the Mn segregated particles at the grain boundaries is large, so that the hydrogen storage alloy is grown. 0.2mm as it is manufactured
Set as follows.

【0066】上述した図2に示す製造装置において、注
湯ノズル4から水素吸蔵合金溶湯3を冷却ロール5a,
5bの間隙方向へ噴射すると、水素吸蔵合金溶湯が両側
の冷却ロール5a,5bに接する側より固化、結晶成長
が始まり、冷却ロール5a,5bより離脱するまでに完
全に固化が終了する。その後、冷却チャンバー1内を飛
翔する間に更に冷却が進み、偏析が少なく本願発明に係
る柱状晶を有する水素吸蔵合金6が製造される。
In the manufacturing apparatus shown in FIG. 2 described above, the molten hydrogen storage alloy 3 is fed from the pouring nozzle 4 to the cooling rolls 5a,
When sprayed in the gap direction of 5b, the molten hydrogen storage alloy is solidified from the side in contact with the cooling rolls 5a and 5b on both sides, crystal growth starts, and completely solidifies by the time it is separated from the cooling rolls 5a and 5b. After that, the cooling further progresses while flying in the cooling chamber 1, and the hydrogen storage alloy 6 having columnar crystals according to the present invention with less segregation is manufactured.

【0067】回転ディスク法 図32は、回転ディスク法による水素吸蔵合金粒子の製
造装置を示す。この製造装置は、アルゴンガス雰囲気の
冷却チャンバ1内に配設された高速回転体であるディス
ク状回転体9と、取鍋2から供給された水素吸蔵合金溶
湯3を一時的に貯溜し、さらに前記ディスク状回転体9
の走行面に噴出させる注湯ノズル4とを備えた構造にな
っている。前記回転体9は、水素吸蔵合金溶湯3が付着
凝固するのを防止するために溶湯に対して比較的濡れ性
の低いセラミックスや金属材料で形成されている。
Rotating Disc Method FIG. 32 shows an apparatus for producing hydrogen storage alloy particles by the rotating disc method. This manufacturing apparatus temporarily stores a disk-shaped rotating body 9 which is a high-speed rotating body arranged in a cooling chamber 1 in an argon gas atmosphere and a hydrogen storage alloy melt 3 supplied from a ladle 2, and The disk-shaped rotating body 9
And a pouring nozzle 4 for ejecting the molten metal on the traveling surface of. The rotating body 9 is made of a ceramic or metal material having relatively low wettability with respect to the molten metal for preventing the molten hydrogen storage alloy 3 from adhering and solidifying.

【0068】図32の製造装置において、前記取鍋2か
ら供給された水素吸蔵合金溶湯3を注湯ノズル4より前
記ディスク状回転体9の走行面に噴射すると、前記回転
体9の運動力によって微細に分散され、前記冷却チャン
バ1内をそのチャンバ1内壁に接触することなく飛翔す
る間に自らの表面張力によって球状化し、さらにアルゴ
ンガス等の雰囲気ガスによって冷却されて凝固する。そ
の結果、自由冷却面で覆われた球状をなす水素吸蔵合金
粒子6が製造される。この水素吸蔵合金粒子6は、冷却
チャンバ1の底部に配設された前記粒子回収容器10に
回収される。
In the manufacturing apparatus of FIG. 32, when the molten hydrogen-absorbing alloy 3 supplied from the ladle 2 is injected from the pouring nozzle 4 onto the running surface of the disk-shaped rotor 9, the rotative force of the rotor 9 is generated. The particles are finely dispersed, and while flying inside the cooling chamber 1 without contacting the inner wall of the chamber 1, the particles are spheroidized by their surface tension, and are further cooled and solidified by an atmospheric gas such as argon gas. As a result, spherical hydrogen storage alloy particles 6 covered with the free cooling surface are produced. The hydrogen storage alloy particles 6 are recovered in the particle recovery container 10 arranged at the bottom of the cooling chamber 1.

【0069】ガスアトマイズ法 図33は、ガスアトマイズ法による水素吸蔵合金粒子の
製造装置を示す。この製造装置は、アルゴンガス雰囲気
の冷却チャンバ1内に配設された金属原料をヒータ23
によって加熱溶解し、水素吸蔵合金溶湯3を調製する溶
解炉24と、この溶解炉24の底部に形成された内径2
mm程度の注湯ノズル4と、この注湯ノズル4の下端開口
部付近に対向するように付設され、アルゴンガス等の冷
却用イナートガスを噴射する複数のイナートガスノズル
25と、前記注湯ノズル4を開閉する開閉弁26とを備
えた構造になっている。
Gas Atomizing Method FIG. 33 shows an apparatus for producing hydrogen storage alloy particles by the gas atomizing method. This manufacturing apparatus uses a heater 23 for a metal raw material disposed in a cooling chamber 1 in an argon gas atmosphere.
A melting furnace 24 for preparing a molten metal 3 for hydrogen storage alloy by heating and melting, and an inner diameter 2 formed at the bottom of the melting furnace 24.
The pouring nozzle 4 has a pouring nozzle 4 of about mm, a plurality of inert gas nozzles 25 attached so as to face the vicinity of the lower end opening of the pouring nozzle 4, and injecting a cooling inert gas such as argon gas. It has a structure including an on-off valve 26 that opens and closes.

【0070】図33の製造装置において、前記水素吸蔵
合金溶湯3を収容した溶解炉24内にアルゴンガスを供
給すると、前記溶解炉24内の溶湯3の液面が加圧さ
れ、前記溶解炉24下部の注湯ノズル4の先端開口部か
ら溶湯3が噴射される。このとき、噴出方向とほぼ直交
に対向するように配設された前記イナートガスノズル2
5からアルゴンガス等のイナートガスを、前記噴射され
た溶湯3に向けて高速度で噴射する。これによって、水
素吸蔵合金溶湯3は前記冷却チャンバ1内でそのチャン
バ1内壁に接触することなくイナートガスによって霧化
分散され、イナートガスの旋回流に沿って下方に長され
る間に冷却、凝固される。その結果、自由冷却面で覆わ
れた球状をなす水素吸蔵合金粒子6が製造される。
In the manufacturing apparatus of FIG. 33, when argon gas is supplied into the melting furnace 24 containing the hydrogen storage alloy molten metal 3, the liquid surface of the molten metal 3 in the melting furnace 24 is pressurized and the melting furnace 24 Molten metal 3 is sprayed from the tip opening of the lower pouring nozzle 4. At this time, the inert gas nozzle 2 is arranged so as to face the ejection direction substantially at right angles.
An inert gas such as argon gas is injected from 5 toward the injected molten metal 3 at a high speed. As a result, the hydrogen storage alloy melt 3 is atomized and dispersed by the inert gas in the cooling chamber 1 without contacting the inner wall of the chamber 1, and is cooled and solidified while being extended downward along the swirl flow of the inert gas. . As a result, spherical hydrogen storage alloy particles 6 covered with the free cooling surface are produced.

【0071】上記のような溶湯急冷法を使用して、リボ
ン状,フレーク状または粒状の水素吸蔵合金を製造する
場合、冷却ロールや回転ディスクの材質、合金溶湯の冷
却速度等の条件により等軸晶や柱状晶が合金組織内に形
成される。
When a ribbon-shaped, flake-shaped, or granular hydrogen storage alloy is produced by using the molten metal quenching method as described above, it is equiaxed depending on the conditions such as the material of the cooling roll or the rotating disk and the cooling rate of the molten alloy. Crystals and columnar crystals are formed in the alloy structure.

【0072】本発明に係る第1〜第3の水素吸蔵合金
は、特に1800℃/秒以上の冷却速度にて合金溶湯を
急冷処理することにより、好適に得られる。さらに18
00℃/s以上の冷却速度にて溶湯急冷処理して水素吸
蔵合金を製造すると、合金を構成する各結晶粒が1〜1
00μm程度と微細化し、合金強度が高まるとともに、
粒界の乱れが減少するため、水素の吸蔵量が増大し、電
極容量を高めることができる。
The first to third hydrogen storage alloys according to the present invention are preferably obtained by quenching the molten alloy at a cooling rate of 1800 ° C./sec or more. 18 more
When a hydrogen absorbing alloy is produced by quenching a molten metal at a cooling rate of 00 ° C./s or more, each crystal grain constituting the alloy has 1 to 1
As it becomes finer to about 00 μm and the alloy strength increases,
Since the disorder of the grain boundaries is reduced, the hydrogen storage amount is increased and the electrode capacity can be increased.

【0073】本発明に係る第1の電池用水素吸蔵合金
は、特に上記柱状晶組織を発達させたもである。
The first hydrogen storage alloy for a battery according to the present invention has the columnar crystal structure developed particularly.

【0074】上記柱状晶組織においては、等軸晶組織と
は異なり、結晶方位が揃っているため、粒界の乱れが少
なく、水素の吸蔵量が増し、電極容量を増大化できるこ
とが本発明者らの実験により確認された。すなわち柱状
晶組織においては、その界面に沿って、水素分子または
水素原子の通路が形成されるため、合金内への水素の吸
蔵あるいは放出が容易になり、電極容量が増加する。ま
た柱状晶組織における偏析は、極めて少なくなる。従っ
て偏析による局部電池の形成が少なく、合金の微細化に
よる寿命低下も効果的に防止できる。
In the above-mentioned columnar crystal structure, unlike the equiaxed crystal structure, the crystal orientations are aligned, so that the grain boundaries are less disturbed, the hydrogen absorption amount is increased, and the electrode capacity can be increased. It was confirmed by these experiments. That is, in the columnar crystal structure, passages of hydrogen molecules or hydrogen atoms are formed along the interface, so that hydrogen is easily absorbed or released into the alloy, and the electrode capacity is increased. Further, segregation in the columnar crystal structure is extremely reduced. Therefore, the formation of local cells due to segregation is small, and it is possible to effectively prevent the shortening of the life due to the refinement of the alloy.

【0075】上記溶湯急冷処理によって製造した水素吸
蔵合金の結晶組織は、水素吸蔵合金電極として電池に組
み込んだ際に、電池特性を向上させる観点から、水素吸
蔵合金の厚さ方向の断面における柱状結晶組織の面積率
を50%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ま
しくは80%以上にする必要がある。柱状晶の面積率が
50%以上となる場合には、この合金を用いた負電極の
サイクル寿命が、鋳造法により製造された水素吸蔵合金
を用いた負電極のサイクル寿命と比較して長くなる。特
に溶湯急冷合金の全体を柱状晶で形成した場合、特に偏
析が少なくなり、合金電極の容量および寿命をさらに改
善することができる。一方上記面積率が50%未満の場
合には、鋳造合金を使用した負電極と比較してサイクル
寿命に顕著な差異が現われない。すなわち上記溶湯急冷
処理によって製造し、厚さ方向の断面における柱状結晶
組織の面積率が50%以上となる本発明の水素吸蔵合金
を用いることにより、電極容量が240mAh/g以上
でサイクル寿命が500回以上という優れた電池特性が
同時に得られる。電極容量のより好ましい値は250m
Ah/g以上、さらに好ましくは255mAh/g以上
である。またサイクル寿命のより好ましい値は550回
以上、さらに好ましくは600回以上である。
The crystal structure of the hydrogen storage alloy produced by the molten metal quenching treatment is a columnar crystal in a cross section in the thickness direction of the hydrogen storage alloy when it is incorporated into a battery as a hydrogen storage alloy electrode from the viewpoint of improving battery characteristics. The area ratio of the tissue must be 50% or more, more preferably 70% or more, and further preferably 80% or more. When the area ratio of the columnar crystals is 50% or more, the cycle life of the negative electrode using this alloy becomes longer than the cycle life of the negative electrode using the hydrogen storage alloy produced by the casting method. . In particular, when the entire melt-quenched alloy is formed of columnar crystals, segregation is particularly reduced, and the capacity and life of the alloy electrode can be further improved. On the other hand, when the area ratio is less than 50%, no significant difference appears in the cycle life as compared with the negative electrode using the cast alloy. That is, by using the hydrogen storage alloy of the present invention which is produced by the above-mentioned melt quenching treatment and the area ratio of the columnar crystal structure in the cross section in the thickness direction is 50% or more, the electrode capacity is 240 mAh / g or more and the cycle life is 500. Excellent battery characteristics of more than once can be obtained at the same time. The more preferable value of the electrode capacity is 250 m
Ah / g or more, more preferably 255 mAh / g or more. The cycle life is more preferably 550 times or more, and further preferably 600 times or more.

【0076】ここで柱状晶とは、短径と長径との比(ア
スペクト比)が1:2以上である柱状結晶粒をいう。
Here, the columnar crystal means a columnar crystal grain having a ratio of a minor axis to a major axis (aspect ratio) of 1: 2 or more.

【0077】本発明に係る水素吸蔵合金の製造方法につ
いて、さらに詳しく説明する。
The method for producing the hydrogen storage alloy according to the present invention will be described in more detail.

【0078】上記のように柱状晶組織を発達させ、Mn
等の偏析を低減した電池用水素吸蔵合金は、単ロール法
または双ロール法において合金溶湯の調製および冷却条
件を厳正に制御して製造される。
The columnar crystal structure was developed as described above, and Mn
A hydrogen storage alloy for batteries with reduced segregation such as is produced by strictly controlling the preparation and cooling conditions of the molten alloy in the single roll method or the twin roll method.

【0079】すなわち合金溶湯は、予め鋳造法で製造さ
れた前記組成の水素吸蔵合金(母合金)を溶解用るつぼ
内に収容して高周波溶解して調製してもよいが、母合金
を利用せずに各構成元素の添加量を個別に調節して直接
るつぼ内で溶解して調製してもよい。この際、水素吸蔵
合金の構成元素のうち、例えば希土類元素やMnのよう
に蒸気圧の高い元素をやや多めに添加しておくとよい。
すなわち蒸気圧が高い元素の揮散による合金組成の変動
を防止し、急冷後の水素吸蔵合金の組成が目的とする組
成になるように調整しておくとよい。
That is, the molten alloy may be prepared by accommodating a hydrogen storage alloy (mother alloy) having the above-described composition produced by a casting method in advance in a melting crucible and melting it by high frequency. Alternatively, the amount of each constituent element added may be adjusted individually and directly dissolved in the crucible for preparation. At this time, among the constituent elements of the hydrogen storage alloy, it is preferable to add a relatively large amount of an element having a high vapor pressure such as a rare earth element or Mn.
That is, it is preferable to prevent the alloy composition from fluctuating due to volatilization of the element having a high vapor pressure, and to adjust the composition of the hydrogen storage alloy after quenching to a desired composition.

【0080】得られた合金溶湯は冷却ロールの走行面
(冷却面)上に所定圧力で噴射され、急冷処理されて凝
固し、リボン状またはフレーク状の水素吸蔵合金とな
る。このとき冷却ロールの表面から合金溶湯の高温部に
向って、すなわち冷却ロールの表面に対して垂直方向に
柱状晶が成長する。この柱状晶を十分に成長させるため
には、上記リボン状またはフレーク状の水素吸蔵合金の
厚さは10〜150μm、好ましくは15〜100μm
の範囲に設定する一方、冷却ロールの走行面の周速は、
Cu製ロールの場合には5〜15m/秒の範囲に、また
Fe製ロールの場合には8〜30m/秒の範囲に設定す
る。冷却ロールの周速が上記範囲の下限未満である場合
には、合金溶湯の冷却速度が小さく、上記厚さの範囲に
おいて柱状晶組織を十分に発達させることが困難であ
る。一方周速が上記範囲の上限を超える場合は、合金溶
湯が冷却ロールに接触した瞬間に飛ばされてしまうた
め、冷却ロールによる十分な冷却が行われず、等軸晶の
割合が増大し、いずれにしろ厚さ方向の面積率で50%
以上の柱状晶組織が得られない。
The obtained molten alloy is sprayed onto the running surface (cooling surface) of the cooling roll at a predetermined pressure, and is rapidly cooled and solidified into a ribbon-shaped or flake-shaped hydrogen storage alloy. At this time, columnar crystals grow from the surface of the cooling roll toward the high temperature part of the molten alloy, that is, in the direction perpendicular to the surface of the cooling roll. In order to sufficiently grow the columnar crystals, the thickness of the ribbon-shaped or flake-shaped hydrogen storage alloy is 10 to 150 μm, preferably 15 to 100 μm.
On the other hand, the peripheral speed of the running surface of the cooling roll is
In the case of a Cu roll, the range is 5 to 15 m / sec, and in the case of an Fe roll, the range is 8 to 30 m / sec. When the peripheral speed of the cooling roll is less than the lower limit of the above range, the cooling rate of the molten alloy is small, and it is difficult to sufficiently develop the columnar crystal structure in the above thickness range. On the other hand, when the peripheral speed exceeds the upper limit of the above range, the molten alloy is blown off at the moment of contact with the cooling roll, so that the cooling roll is not sufficiently cooled, the proportion of equiaxed crystals increases, and 50% in area ratio in the thickness direction
The above columnar crystal structure cannot be obtained.

【0081】また上記溶湯急冷処理の冷却速度は、前述
のように1800℃/s以上が好ましい。この冷却速度
が1800℃/s未満であると、前述したような特殊な
形状の柱状組織を形成することが不可能である。冷却速
度は、好ましくは2000℃/s以上、さらに好ましく
は2400℃/s以上に設定するとよい。
The cooling rate of the molten metal quenching process is preferably 1800 ° C./s or more as described above. If this cooling rate is less than 1800 ° C./s, it is impossible to form a columnar structure having a special shape as described above. The cooling rate is preferably 2000 ° C./s or more, more preferably 2400 ° C./s or more.

【0082】上記溶湯急冷処理は、合金溶湯の酸化によ
る劣化を防止するため、ArやHeなどの不活性ガス雰
囲気で実施することが好ましいが、特に真空中で実施す
ることが望ましい。すなわち不活性ガス雰囲気中で急冷
処理を実施した場合、冷却ロールと合金溶湯との間に雰
囲気ガスが巻き込まれる場合があり、十分な冷却効果が
得られる条件が狭くなる。一方、真空中で冷却処理を行
う場合には、上記のようなガスの巻き込みは発生せず、
合金溶湯は冷却ロール表面上で十分に冷却される。
The molten metal quenching treatment is preferably carried out in an atmosphere of an inert gas such as Ar or He in order to prevent deterioration of the molten alloy due to oxidation, but it is particularly preferably carried out in vacuum. That is, when the quenching process is performed in an inert gas atmosphere, the atmospheric gas may be caught between the cooling roll and the molten alloy, and the conditions under which a sufficient cooling effect can be obtained are narrowed. On the other hand, when the cooling process is performed in a vacuum, the entrainment of gas as described above does not occur,
The molten alloy is sufficiently cooled on the surface of the chill roll.

【0083】また冷却ロールの構成材料としては、Cu
基合金、Fe基合金、Ni基合金など熱伝導性が良好な
材料が使用される。また上記材料で形成したロール表面
にCrめっき等を形成し表面を硬化させた冷却ロールを使
用してもよい。
The constituent material of the cooling roll is Cu.
Materials having good thermal conductivity such as base alloys, Fe base alloys, and Ni base alloys are used. Further, a cooling roll formed by forming Cr plating or the like on the surface of the roll formed of the above material and hardening the surface may be used.

【0084】さらに合金溶湯を調製するためのるつぼの
構成材料としては、従来汎用の石英を使用してもよい。
しかしながら石英製るつぼは高周波加熱により発熱しな
いため合金溶湯が出口を通過する際に石英により冷却さ
れる結果、出口の閉塞が起き易くなる欠点がある。そこ
で熱伝導性が良好なTiボライドなどのセラミックス材
で形成したるつぼを使用することにより、上記閉塞を効
果的に防止することができる。
Further, as a constituent material of the crucible for preparing the molten alloy, conventional general-purpose quartz may be used.
However, since the quartz crucible does not generate heat due to high frequency heating, the molten alloy is cooled by the quartz when passing through the outlet, and as a result, the outlet is easily blocked. Therefore, by using a crucible made of a ceramic material such as Ti boride having good thermal conductivity, the above clogging can be effectively prevented.

【0085】上記のように溶湯急冷法にて調製した水素
吸蔵合金では、結晶組織が微細でありMn等の偏析が少
ないため、電池用負極を形成した場合にその電極容量を
240mAh/g以上のレベルに、またサイクル寿命特
性を500回以上のレベルで同時に改善できる。また、
本発明者らは、急冷処理によって生じる合金の内部歪に
着目し、この内部歪を除去することにより、さらに特性
が優れた電池用水素吸蔵合金が得られるということを実
験により見い出した。
In the hydrogen storage alloy prepared by the melt quenching method as described above, the crystal structure is fine and segregation of Mn and the like is small. Therefore, when the negative electrode for a battery is formed, its electrode capacity is 240 mAh / g or more. The level and the cycle life characteristics can be simultaneously improved at a level of 500 times or more. Also,
The present inventors have paid attention to the internal strain of the alloy generated by the quenching treatment, and have found by removing this internal strain that a hydrogen storage alloy for batteries with more excellent characteristics can be obtained.

【0086】そこで、本発明では、溶湯急冷処理して調
製した前記組成の水素吸蔵合金を200〜500℃の比
較的低温度で1時間以上熱処理することにより、上記内
部歪を除去している。すなわち、本発明者らがさらに検
討した結果、前述の1800℃/s以上の冷却速度で調
製した本発明の水素吸蔵合金に、さらに上記の熱処理を
施すことにより、容量および寿命がともに、より一層改
善されるという新たな知見が得られた。
Therefore, in the present invention, the internal strain is removed by heat-treating the hydrogen storage alloy of the above composition prepared by the melt quenching treatment at a relatively low temperature of 200 to 500 ° C. for 1 hour or more. That is, as a result of further study by the present inventors, by further subjecting the hydrogen storage alloy of the present invention prepared at the cooling rate of 1800 ° C./s or more to the heat treatment described above, both the capacity and the life are further improved. A new finding was obtained that it would be improved.

【0087】上記熱処理温度が200℃未満の低温度の
場合には、内部歪の除去が困難となる一方、温度が50
0℃を超える場合には、Mnなどの合金成分の蒸発によ
る組成変動を引き起こしたり、二次再結晶化による合金
強度の低下を引起こす。そのため熱処理温度は200〜
500℃の範囲に設定される。特に電極特性を向上させ
るためには、250〜350℃の範囲が好ましい。
When the heat treatment temperature is lower than 200 ° C., it becomes difficult to remove the internal strain, while the temperature is 50.
If the temperature exceeds 0 ° C., compositional variation due to evaporation of alloying components such as Mn is caused, or alloy strength is reduced due to secondary recrystallization. Therefore, the heat treatment temperature is 200 ~
It is set in the range of 500 ° C. Particularly, in order to improve the electrode characteristics, the range of 250 to 350 ° C. is preferable.

【0088】また熱処理時間が1時間未満の場合は、内
部歪の除去効果が少ない。一方処理時間を長期化すると
結晶粒の粗大化を引起すおそれが高くなるため、製造効
率を勘案して2〜5時間程度が好ましい。
If the heat treatment time is less than 1 hour, the effect of removing the internal strain is small. On the other hand, if the treatment time is prolonged, the risk of causing coarsening of crystal grains increases, so that it is preferably about 2 to 5 hours in consideration of production efficiency.

【0089】なお熱処理雰囲気は、水素吸蔵合金の高温
酸化を防止するために、不活性ガス雰囲気または真空が
好ましい。
The heat treatment atmosphere is preferably an inert gas atmosphere or vacuum in order to prevent high temperature oxidation of the hydrogen storage alloy.

【0090】このように比較的低温度で溶湯急冷合金を
熱処理することにより、合金の均質性を保ちながら内部
歪を効果的に除去することが可能となり、電極容量およ
び寿命をさらに高めることができる。特にMnを含有し
ない組成の溶湯急冷合金では熱処理の効果は小さかった
が、本願発明のMnを含んだ組成のものは、上記熱処理
によって電極容量および電池寿命がともに大幅に改善さ
れる。
By heat-treating the melt-quenched alloy at a relatively low temperature in this way, internal strain can be effectively removed while maintaining the homogeneity of the alloy, and the electrode capacity and life can be further increased. . In particular, the effect of heat treatment was small in the melt-quenched alloy containing no Mn, but the Mn-containing composition of the present invention significantly improved both the electrode capacity and the battery life.

【0091】次に前記第2の目的を達成する本発明の第
4の水素吸蔵合金について説明する。
Next, a fourth hydrogen storage alloy of the present invention which achieves the second object will be described.

【0092】本願の第4の水素吸蔵合金は、少なくとも
90体積%が単一相のABx (但し、AはY(イットリ
ウム)を含む希土類元素より選択される少なくとも1種
を示し、BはNiとCo,Al,Fe,Si,Cr,C
u,Ti,Zr,Zn,Hf,V,Nb,Ta,Mo,
W,Ag,Pd,B,Ga,In,GeおよびSnから
選択される少なくとも1種の元素を主成分とする金属を
示し、Xは5.05≦X≦6を示す)であることを特徴
とする。
In the fourth hydrogen storage alloy of the present application, at least 90% by volume is a single phase of AB x (where A is at least one selected from rare earth elements including Y (yttrium), and B is Ni. And Co, Al, Fe, Si, Cr, C
u, Ti, Zr, Zn, Hf, V, Nb, Ta, Mo,
A metal containing at least one element selected from W, Ag, Pd, B, Ga, In, Ge and Sn as a main component, and X represents 5.05 ≦ X ≦ 6). And

【0093】本発明に係る第4の電池用水素吸蔵合金
は、少なくとも90体積%がABx からなる単一相であ
ることが必要である。合金中にABx からなる相以外の
相(例えばB,AB,AB2 ,AB3 ,A2 7 ,AB
5 ,AB1.4 等から成る相[以下第2相という])が1
0体積%を超えると、合金中で2種以上の異種の組成の
合金相が互いに接することが多くなる。このような異種
の組成の合金相同士の界面は、機械的強度が弱く、前記
界面より水素の吸蔵・放出に伴い割れが生じ易くなる。
また、前記界面には偏析が生じ易く、その偏析物が起点
として合金の腐食が生じ易くなる。さらに、前記第2相
は電極使用条件下において、ABx に較べて水素の吸蔵
量が少なく、前記第2相が10体積%を超える合金を電
極として使用すると、単位体積当りの電極容量が低下す
る。
The fourth hydrogen storage alloy for a battery according to the present invention needs to be a single phase in which at least 90% by volume is made of AB x . Phases other than the phase consisting of AB x in the alloy (for example, B, AB, AB 2 , AB 3 , A 2 B 7 , AB
5 , the phase consisting of AB 1.4 etc. [hereinafter referred to as the second phase]) is 1
If it exceeds 0% by volume, two or more alloy phases of different compositions in the alloy often come into contact with each other. The interface between such alloy phases having different compositions has weak mechanical strength, and cracks are more likely to occur from the interface due to hydrogen absorption and desorption.
Further, segregation is likely to occur at the interface, and corrosion of the alloy is likely to occur from the segregation product as a starting point. Further, the second phase has a smaller hydrogen storage capacity than AB x under the condition of using the electrode, and when an alloy containing more than 10% by volume of the second phase is used as an electrode, the electrode capacity per unit volume is lowered. To do.

【0094】また、前記Xの値を限定したのは次のよう
な理由によるものである。前記Xを5.05未満にする
と電池の充放電時の腐食が少なく、また割れや微粉化し
難い水素吸蔵合金を得ることができなくなる。一方、前
記Xが6を超えると通常の工業的にとり得る合金作成方
法によっては第2相の生成が認められ、水素吸蔵合金の
特性を向上できなくなる。
The reason for limiting the value of X is as follows. When the above X is less than 5.05, the corrosion of the battery during charging / discharging is small, and it becomes impossible to obtain a hydrogen storage alloy that is unlikely to crack or be pulverized. On the other hand, when X exceeds 6, the formation of the second phase is recognized depending on the usual industrially available alloy production method, and the characteristics of the hydrogen storage alloy cannot be improved.

【0095】前記ABx (5.05≦X≦6)を構成す
るAは、Yを含む希土類元素(具体的にはY,La,C
e,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,H
o,Er,Tm,Lu)のうちから選ばれる少なくとも1
種を示す。また、元素BはNiとCo,Al,Fe,S
i,Cr,Cu,Mn,Ti,Zr,Zn,Hf,V,
Nb,Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,In,
GeおよびSnから選ばれる少なくとも1種の元素を主
成分とする金属を示す。本発明においては、合金の結晶
系がCaCu5 系を維持していれば結晶形は問わない
が、好ましくは柱状晶を形成していればよい。
A that constitutes AB x (5.05 ≦ X ≦ 6) is a rare earth element containing Y (specifically, Y, La, C).
e, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Lu) at least 1 selected from
Indicates the species. The element B is Ni, Co, Al, Fe, S.
i, Cr, Cu, Mn, Ti, Zr, Zn, Hf, V,
Nb, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, In,
A metal whose main component is at least one element selected from Ge and Sn is shown. In the present invention, the crystal form does not matter as long as the crystal system of the alloy maintains the CaCu 5 system, but preferably the columnar crystals are formed.

【0096】本発明に係る電池用水素吸蔵合金を製造す
る方法としては、ABx を示す組成を有する溶湯から、
各種の溶湯急冷法を用いて製造すると、前記水素吸蔵合
金を安定的に得られるために好適である。溶湯急冷法と
しては、前記回転ディスク法、単ロール法、双ロール
方、ガスアトマイズ法が挙げられる。
As a method for producing the hydrogen storage alloy for batteries according to the present invention, a molten metal having a composition showing AB x is used.
It is preferable to manufacture it by using various molten metal quenching methods because the hydrogen storage alloy can be stably obtained. Examples of the melt quenching method include the rotating disk method, the single roll method, the twin roll method, and the gas atomizing method.

【0097】次に、上記第1〜第4の水素吸蔵合金を負
極活物質として使用した本発明に係るニッケル水素二次
電池(円筒形ニッケル水素二次電池)について図3を参
照して説明する。
Next, a nickel-hydrogen secondary battery (cylindrical nickel-hydrogen secondary battery) according to the present invention using the above-mentioned first to fourth hydrogen-absorbing alloys as a negative electrode active material will be described with reference to FIG. .

【0098】水素吸蔵合金を含む水素吸蔵合金電極(負
極)11は、非焼結式ニッケル電極(正極)12との間
にセパレータ13を介在して渦巻状に捲回され、有底円
筒状の容器14内に収納されている。アルカリ電解液
は、前記容器14内に収容されている。中央に穴15を
有する円形の封口板16は、前記容器14の上部開口部
に配置されている。リング状の絶縁性ガスケット17
は、前記封口板16の周縁と前記容器14の上部開口部
内面との間に配置され、前記上部開口部を内側に縮径す
るカシメ加工により前記容器14に前記封口板16を前
記ガスケット17を介して気密に固定している。正極リ
ード18は、一端が前記正極12に接続され、他端が前
記封口板16の下面に接続されている。帽子形状をなす
正極端子19は、前記封口板16上に前記穴15を覆う
ように取り付けられている。ゴム製の安全弁20は、前
記封口板16と前記正極端子19で囲まれた空間内に前
記穴15を塞ぐように配置されている。絶縁チューブ2
1は、前記正極端子19および前記容器14の上端に載
置される鍔紙22を固定するように前記容器14の上端
付近に取り付けられている。
A hydrogen storage alloy electrode (negative electrode) 11 containing a hydrogen storage alloy is spirally wound with a separator 13 interposed between it and a non-sintered nickel electrode (positive electrode) 12 to form a bottomed cylindrical shape. It is stored in a container 14. The alkaline electrolyte is contained in the container 14. A circular sealing plate 16 having a hole 15 in the center is arranged in the upper opening of the container 14. Ring-shaped insulating gasket 17
Is disposed between the peripheral edge of the sealing plate 16 and the inner surface of the upper opening of the container 14, and the sealing plate 16 is attached to the container 14 by the caulking process to reduce the diameter of the upper opening inward. It is fixed airtightly through. The positive electrode lead 18 has one end connected to the positive electrode 12 and the other end connected to the lower surface of the sealing plate 16. The hat-shaped positive electrode terminal 19 is mounted on the sealing plate 16 so as to cover the hole 15. The rubber safety valve 20 is arranged so as to close the hole 15 in the space surrounded by the sealing plate 16 and the positive electrode terminal 19. Insulation tube 2
1 is attached near the upper end of the container 14 so as to fix the positive electrode terminal 19 and the collar paper 22 placed on the upper end of the container 14.

【0099】前記水素吸蔵合金電極11は、以下に説明
するペースト式および非ペースト式のものが用いられ
る。 (1)ペースト式水素吸蔵合金電極は、上記水素吸蔵合
金を粉砕することにより得た水素吸蔵合金粉末と高分子
結着剤と必要に応じて添加される導電性粉末とを混合し
てペースト状とし、このペーストを集電体である導電性
基板に塗布、充填、乾燥した後、ローラープレス等を施
すことにより作製される。 (2)非ペースト式水素吸蔵合金電極は上記水素吸蔵合
金粉末と高分子結着剤と必要に応じて添加される導電性
粉末とを撹拌し、集電体である導電性基板に散布した後
ローラープレス等を施すことにより作製される。
As the hydrogen storage alloy electrode 11, the paste type and non-paste type electrodes described below are used. (1) The paste-type hydrogen storage alloy electrode is a paste prepared by mixing the hydrogen storage alloy powder obtained by crushing the hydrogen storage alloy with a polymer binder and conductive powder added as necessary. Then, the paste is applied to a conductive substrate as a current collector, filled, dried, and then subjected to a roller press or the like to prepare. (2) In the non-paste type hydrogen storage alloy electrode, after stirring the above hydrogen storage alloy powder, the polymer binder, and the conductive powder added as necessary, and spraying them on the conductive substrate which is the current collector. It is produced by applying a roller press or the like.

【0100】前記水素吸蔵合金の粉砕方法としては、例
えばボールミル、パルペライザー、ジェットミル等の機
械的粉砕方法、または高圧の水素を吸蔵・放出させ、そ
の際の体積膨張により粉砕する方法が採用される。
As the pulverization method of the hydrogen storage alloy, for example, a mechanical pulverization method such as a ball mill, a pulverizer, a jet mill or the like, or a method of occluding and releasing high-pressure hydrogen and pulverizing by volume expansion at that time is adopted. .

【0101】前記高分子結着剤としては、例えばポリア
クリル酸ソーダ、ポリテトラフルオロエチレン(PTF
E)、カルボキシメチルセルロース(CMC),ポリビ
ニルアルコール(PVA)等を挙げることができる。こ
のような高分子結着剤は、前記水素吸蔵合金100重量
部に対して0.5〜5重量部の範囲で配合することが好
ましい。ただし、前記(2)の非ペースト式水素吸蔵合
金電極を作製する場合には撹拌により繊維化して前記水
素吸蔵合金粉末および必要に応じて添加される導電性粉
末を三次元状(網目状)に固定することが可能なポリテ
トラフルオロエチレン(PTFE)を高分子結着剤とし
て用いることが好適である。
Examples of the polymer binder include sodium polyacrylate and polytetrafluoroethylene (PTF).
E), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA) and the like can be mentioned. Such a polymer binder is preferably blended in the range of 0.5 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the hydrogen storage alloy. However, in the case of producing the non-paste hydrogen storage alloy electrode of (2), the hydrogen storage alloy powder and the conductive powder added as necessary are made into a three-dimensional (mesh) form by fibrating by stirring. It is preferable to use polytetrafluoroethylene (PTFE), which can be fixed, as the polymer binder.

【0102】前記導電性粉末としては、例えば黒鉛粉
末、ケッチェンブラックなどのカーボン粉末、またはニ
ッケル、銅、コバルトなどの金属粉末を挙げることがで
きる。このような導電性粉末は、前記水素吸蔵合金10
0重量部に対して0.1〜5重量部の範囲で配合するこ
とが好ましい。
Examples of the conductive powder include graphite powder, carbon powder such as Ketjen black, and metal powder such as nickel, copper and cobalt. Such conductive powder is used as the hydrogen storage alloy 10
It is preferable to add 0.1 to 5 parts by weight to 0 parts by weight.

【0103】前記導電性基板としては、例えばパンチド
メタル、エキスパンドメタル、金網等の二次元基板、ま
たは発泡メタル基板、網状焼結繊維基板、不織布へ金属
をめっきしたフェルトめっき基板等の三次元基板を挙げ
ることができる。ただし、前記(2)の非ペースト式水
素吸蔵合金電極を作製する場合には水素吸蔵合金粉末を
含む合剤が散布されることから二次元基板を導電性基板
として用いることが好適である。
The conductive substrate is, for example, a two-dimensional substrate such as punched metal, expanded metal, or wire mesh, or a three-dimensional substrate such as a foam metal substrate, a mesh-like sintered fiber substrate, or a felt-plated substrate obtained by plating a nonwoven fabric with metal. Can be mentioned. However, when the non-paste hydrogen storage alloy electrode of the above (2) is manufactured, a two-dimensional substrate is preferably used as the conductive substrate because the mixture containing the hydrogen storage alloy powder is scattered.

【0104】前記水素吸蔵合金電極と組み合される非焼
結式ニッケル電極12は、例えば水酸化ニッケルと必要
に応じて添加される水酸化コバルト(Co(O
H)2 )、一酸化コバルト(CoO)、金属コバルト等
との混合物にカルボキシメチルセルロース(CMC)、
ポリアクリル酸ソーダなどのポリアクリル酸塩を適宜配
合してペーストとし、このペーストを発泡メタル基板、
網状焼結繊維基板、不織布へ金属をめっきしたフェルト
めっき基板などの三次元構造の基板に充填し、乾燥した
後、ローラープレス等を施すことにより作製される。
The non-sintered nickel electrode 12 combined with the hydrogen storage alloy electrode is, for example, nickel hydroxide and cobalt hydroxide (Co (O
H) 2 ), cobalt monoxide (CoO), a mixture of metallic cobalt, etc., with carboxymethyl cellulose (CMC),
A polyacrylic acid salt such as polyacrylic acid soda is appropriately mixed to form a paste, and this paste is used as a foam metal substrate,
It is prepared by filling a substrate having a three-dimensional structure such as a reticulated sintered fiber substrate or a felt-plated substrate obtained by plating a metal on a non-woven fabric, drying and then applying a roller press or the like.

【0105】前記セパレータ13に使用される高分子繊
維不織布としては、例えばナイロン、ポリプロピレン、
ポリエチレンなどの単体高分子繊維、またはこれら高分
子繊維を混紡した複合高分子繊維を挙げることができ
る。
Examples of the polymeric fiber nonwoven fabric used for the separator 13 include nylon, polypropylene,
Examples thereof include a single polymer fiber such as polyethylene, or a composite polymer fiber obtained by mixing and spinning these polymer fibers.

【0106】アルカリ電解液としては、例えば6規定か
ら9規定の濃度を有する水酸化カリウム溶液または前記
水酸化カリウム溶液に水酸化リチウム、水酸化ナトリウ
ムなどを混合したものが使用される。
As the alkaline electrolyte, for example, a potassium hydroxide solution having a concentration of 6 to 9 N or a mixture of the potassium hydroxide solution and lithium hydroxide, sodium hydroxide or the like is used.

【0107】次に本願発明の第3の目的を達成するニッ
ケル水素電池について説明する。
Next, a nickel-hydrogen battery that achieves the third object of the present invention will be described.

【0108】本発明に係るニッケル水素二次電池におい
て水素吸蔵合金電極を構成する水素吸蔵合金として、溶
湯急冷法により作製された合金を使用する。また上記水
素吸蔵合金電極を使用して構成されるニッケル水素二次
電池の電解液量は、前記水素吸蔵合金電極の容量に対し
て0.4〜1.8ml/Ahの範囲とし、またニッケル
電極の容量に対する前記水素吸蔵合金電極の電池放電状
態における未充電状態合金の容量比を1.1〜2.0の
範囲としたものである。
In the nickel-hydrogen secondary battery according to the present invention, an alloy prepared by the molten metal quenching method is used as the hydrogen storage alloy constituting the hydrogen storage alloy electrode. The amount of the electrolyte solution of the nickel-hydrogen secondary battery constructed by using the hydrogen storage alloy electrode is in the range of 0.4 to 1.8 ml / Ah with respect to the capacity of the hydrogen storage alloy electrode. The capacity ratio of the uncharged state alloy in the battery discharge state of the hydrogen storage alloy electrode with respect to the capacity of is in the range of 1.1 to 2.0.

【0109】前記水素吸蔵合金は、前述した回転ディス
ク法、単ロール法、双ロール法、ガスアトマイズ法等の
溶湯急冷法により作製される。
The hydrogen storage alloy is produced by a molten metal quenching method such as the above-mentioned rotating disk method, single roll method, twin roll method, or gas atomizing method.

【0110】前記電解液量を前記水素吸蔵合金電極の容
量との関係で前記範囲に限定したのは次のような理由に
よるものである。前記電解液量を0.4ml/Ah未満
にすると、前記水素吸蔵合金電極が電解液と接する面積
が減少するため、円滑なる電池反応が阻害され、電池を
構成しているニッケル電極が有する容量を充分に引き出
すことができず、その結果電池容量が低下する。前記電
解液量が1.8ml/Ahを超えると、余分な電解液が
水素吸蔵合金電極の表面を覆い、過充電状態でニッケル
電極より発生する酸素ガスの円滑なる還元が阻害され、
電池内圧が上昇し、ひいては安全弁動作を伴う電池特性
の劣化を招く。
The amount of the electrolytic solution is limited to the above range in relation to the capacity of the hydrogen storage alloy electrode for the following reason. When the amount of the electrolyte solution is less than 0.4 ml / Ah, the area of the hydrogen storage alloy electrode in contact with the electrolyte solution is reduced, which hinders a smooth battery reaction and reduces the capacity of the nickel electrode forming the battery. It cannot be fully withdrawn, resulting in a decrease in battery capacity. When the amount of the electrolyte solution exceeds 1.8 ml / Ah, the excess electrolyte solution covers the surface of the hydrogen storage alloy electrode, and the smooth reduction of oxygen gas generated from the nickel electrode in the overcharged state is hindered.
The internal pressure of the battery rises, which leads to deterioration of the battery characteristics accompanied by the safety valve operation.

【0111】前記ニッケル電極の容量に対する前記水素
吸蔵合金電極の放電状態における未充電状態合金の容量
比を前記範囲に限定したのは次のような理由によるもの
である。前記容量比を1.1未満にすると、水素吸蔵合
金電極の容量により電池容量が規制されるため、特別な
充電制御方法および放電制御方法を使用しないと充電末
期および放電末期で電池内圧が上昇し、ひいては安全弁
作動を伴う電池特性の劣化を招く。一方、前記要量比が
2.0を超えると、電池特性は大きな支障はないが、電
池内の空隙体積が減少するため電池内圧がやや上昇する
ほか、電池容器内で水素吸蔵合金電極の占める体積が大
きくなるため、容量規制電極であるニッケル電極の量が
減少し、電池容量が減少する。
The reason why the capacity ratio of the uncharged state alloy in the discharged state of the hydrogen storage alloy electrode to the capacity of the nickel electrode is limited to the above range is as follows. If the capacity ratio is less than 1.1, the battery capacity is regulated by the capacity of the hydrogen-absorbing alloy electrode. Therefore, unless a special charge control method or discharge control method is used, the battery internal pressure increases at the end of charge and the end of discharge. As a result, the battery characteristics are deteriorated with the operation of the safety valve. On the other hand, when the required amount ratio exceeds 2.0, the battery characteristics are not seriously hindered, but the void volume in the battery is decreased and the internal pressure of the battery is slightly increased, and the hydrogen storage alloy electrode occupies in the battery container. Since the volume is increased, the amount of the nickel electrode, which is the capacity regulating electrode, is reduced, and the battery capacity is reduced.

【0112】上記構成に係る第1〜第3の電池用水素吸
蔵合金によればMnを必須元素とするAB5 型合金であ
り、高容量でかつサイクル寿命および初期特性が優れ、
さらに放電電位が安定したニッケル水素電池用の負極材
料を提供することができる。上記合金は所定組成の合金
溶湯を1800℃/sec 以上の冷却速度で急冷処理する
ことにより得られる。
According to the first to third hydrogen storage alloys for a battery having the above structure, it is an AB 5 type alloy containing Mn as an essential element and has a high capacity and excellent cycle life and initial characteristics.
Furthermore, it is possible to provide a negative electrode material for a nickel-hydrogen battery with a stable discharge potential. The above alloy is obtained by quenching molten alloy having a predetermined composition at a cooling rate of 1800 ° C./sec or more.

【0113】前記結晶組織を有する第1の水素吸蔵合金
が前述した優れた特性を有する挙動については明らかで
はないが、次のような作用によるものと推定される。す
なわち水素吸蔵合金の結晶方位が揃っている柱状晶で
は、水素を吸蔵脱蔵した際の合金の膨張・収縮が一定方
向で行なわれ、合金内部での応力が低減されることによ
り、合金の微粉化が抑制される。そのため、電解液に接
する面積の増大が抑制されるため、合金の腐食が防止さ
れる。さらに、従来の鋳込み法で作成された水素吸蔵合
金においては偏析が粒界部に散在して腐食の開始点とな
っていた。しかるに本願のように冷却面から一方向に結
晶が成長して形成された柱状晶では結晶の成長ととも
に、元素の偏析が合金の特定の箇所に集められ、合金内
部での腐食の開始点が減少するためと考えられる。
Although the behavior of the first hydrogen storage alloy having the above-mentioned crystal structure having the above-mentioned excellent characteristics is not clear, it is presumed to be due to the following action. That is, in the columnar crystal in which the crystal orientation of the hydrogen storage alloy is uniform, the expansion and contraction of the alloy during storage and desorption of hydrogen are performed in a certain direction, and the stress inside the alloy is reduced, so that the fine powder of the alloy Is suppressed. Therefore, the increase in the area in contact with the electrolytic solution is suppressed, and corrosion of the alloy is prevented. Further, in the hydrogen storage alloy produced by the conventional casting method, segregation is scattered at the grain boundary portion and becomes a starting point of corrosion. However, in the case of columnar crystals formed by growing crystals in one direction from the cooling surface as in the present application, segregation of elements is gathered at specific parts of the alloy as the crystals grow, and the starting point of corrosion inside the alloy decreases. It is thought to be to do.

【0114】したがって、前記水素吸蔵合金を含む電極
が組み込まれたニッケル水素二次電池は、サイクル特性
が大幅に改善される。
Therefore, the cycle characteristics of the nickel-hydrogen secondary battery incorporating the electrode containing the hydrogen storage alloy are significantly improved.

【0115】本願第2の水素吸蔵合金に関わるMn濃度
の分布について述べる。合金中に分布するMn濃度の最
大値が合金全体のMn濃度の平均値の1.3倍を超える
値を示す合金は、Mn濃度が局部的に大きい部位が合金
中に分散している。そのような部位ではニッケル水素電
池の負極に用いられた状態において腐食反応が起こり易
く、水素吸蔵合金自体の劣化が進行し易い。またそのよ
うにMn濃度が異なる部位が存在すると電極反応による
水素の吸蔵脱離に伴う水素吸蔵合金体積の膨張収縮の度
合が部分的に異なってくるため、合金内部に応力が生じ
微粉化が進行し易くなり、微粉化による比表面積増大の
結果、水素吸蔵合金の劣化がより一層加速される。
The distribution of Mn concentration relating to the second hydrogen storage alloy of the present application will be described. In an alloy showing a maximum value of Mn concentration distributed in the alloy that exceeds 1.3 times the average value of the Mn concentration of the entire alloy, the regions where the Mn concentration is locally high are dispersed in the alloy. In such a portion, a corrosion reaction is likely to occur in a state where it is used as a negative electrode of a nickel-hydrogen battery, and deterioration of the hydrogen storage alloy itself is likely to proceed. In addition, if there is such a site having a different Mn concentration, the degree of expansion and contraction of the hydrogen storage alloy volume due to the absorption and desorption of hydrogen due to the electrode reaction will partly differ, so that stress is generated inside the alloy and pulverization progresses. As a result of increasing the specific surface area due to pulverization, the deterioration of the hydrogen storage alloy is further accelerated.

【0116】合金中に分布するMn濃度の最大値が合金
中のMn濃度の平均値の1.3倍以下の値を示す水素吸
蔵合金にあっては、上記の現象の発生が生じ難い。した
がって、このような合金を負極に適用した際、合金の腐
食の進行が抑えられるためニッケル水素電池のサイクル
寿命特性が向上するものと考えられる。
In a hydrogen storage alloy in which the maximum value of Mn concentration distributed in the alloy is 1.3 times or less of the average value of Mn concentration in the alloy, the above phenomenon hardly occurs. Therefore, when such an alloy is applied to the negative electrode, it is considered that the progress of corrosion of the alloy is suppressed and the cycle life characteristics of the nickel hydrogen battery are improved.

【0117】次に本願第3の水素吸蔵合金に関わる偏析
しているMnの最大径について述べる。偏析しているM
nの最大径が0.5μmを超える合金は、偏析部分が大
きいため、このような合金をニッケル水素電池に用いた
際、偏析点が腐食反応の起点となり、水素吸蔵合金自体
の劣化が進行し易くなる。また電極反応による水素吸蔵
脱離に伴って合金が膨張収縮すると、Mnの偏析点に応
力が集中するため、その偏析点より割れが発生し易くな
り、微粉化がさらに進行し易くなる。
Next, the maximum diameter of Mn segregated in the third hydrogen storage alloy of the present application will be described. Segregated M
An alloy having a maximum n diameter of more than 0.5 μm has a large segregation portion. Therefore, when such an alloy is used in a nickel-hydrogen battery, the segregation point becomes the starting point of the corrosion reaction, and the hydrogen storage alloy itself deteriorates. It will be easier. Further, when the alloy expands and contracts due to hydrogen absorption and desorption due to the electrode reaction, stress concentrates at the segregation point of Mn, so that cracks are likely to occur from the segregation point, and pulverization is further facilitated.

【0118】一方、偏析しているMnの最大径が0.5
μm以下である水素吸蔵合金にあっては、上記の現象の
発生は生じ難くなる。したがって、このような合金をニ
ッケル水素電池の負極に適用した際には、負極合金の腐
食進行が抑制されるため、ニッケル水素電池のサイクル
寿命特性が向上するものと考えられる。
On the other hand, the maximum diameter of segregated Mn is 0.5.
In a hydrogen storage alloy having a thickness of μm or less, the above phenomenon hardly occurs. Therefore, when such an alloy is applied to the negative electrode of a nickel hydrogen battery, it is considered that the progress of corrosion of the negative electrode alloy is suppressed, and the cycle life characteristics of the nickel hydrogen battery are improved.

【0119】また少なくとも90体積%が単一相のAB
I (AはYを含む希土類元素の少なくとも1種、BはN
iとCo,Al,Fe,Si,Cr,Cu,Mn,T
i,Zr,Zn,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,A
g,Pd,B,Ga,In,GeおよびSnより選ばれ
る少なくとも1種の元素を主成分とする金属、5.05
≦X≦6)である本願第4の発明の水素吸蔵合金を活物
質として電極を形成し、前記電極を用いて電池を構成し
た場合、濃厚アルカリ電解液に対する耐食性が大幅に向
上できる。その結果、サイクル寿命等の特性を改善した
アルカリ二次電池(例えばニッケル水素二次電池)を実
現できる。
Also, at least 90% by volume of single phase AB
I (A is at least one rare earth element including Y, B is N
i and Co, Al, Fe, Si, Cr, Cu, Mn, T
i, Zr, Zn, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, A
a metal whose main component is at least one element selected from g, Pd, B, Ga, In, Ge and Sn;
When an electrode is formed by using the hydrogen storage alloy of the fourth invention of the present application where ≦ X ≦ 6) as an active material and the electrode is used to form a battery, the corrosion resistance to a concentrated alkaline electrolyte can be significantly improved. As a result, an alkaline secondary battery (for example, nickel-hydrogen secondary battery) with improved characteristics such as cycle life can be realized.

【0120】前記単一相のABx の合金組成を有する水
素吸蔵合金が前記優れた耐食性を有する理由は、明らか
ではないが、次のような挙動によるものと推定される。
The reason why the hydrogen storage alloy having the single-phase AB x alloy composition has the excellent corrosion resistance is not clear, but it is presumed to be due to the following behavior.

【0121】すなわち、まずX線回折観察により結晶構
造がCaCu5 型の単一相にならず複数の相を10体積
%以上含んでいる水素吸蔵合金においては、異種の組成
の合金相が接することが多くなる。このような異種の組
成の合金相同士の界面は、機械的強度が弱く、前記界面
より水素の吸蔵・放出に伴い割れが生じ易くなる。ま
た、前記界面には偏析に起因する腐食が生じ易くなる。
さらに、ABx 以外の組成を有する相はABx に較べて
電極使用条件下における水素イオンの吸蔵量が少ない。
その結果、前記水素吸蔵合金を活物質として含む電極が
組み込まれたニッケル水素二次電極を評価すると、寿命
の向上が認められないばかりか、容量の減少も認められ
た。
That is, first, in a hydrogen storage alloy containing 10% by volume or more of a plurality of phases instead of a single phase of CaCu 5 type crystal structure by X-ray diffraction observation, alloy phases of different compositions should come into contact with each other. Will increase. The interface between such alloy phases having different compositions has weak mechanical strength, and cracks are more likely to occur from the interface due to hydrogen absorption and desorption. Further, corrosion due to segregation is likely to occur at the interface.
Further, the phase having a composition other than AB x has a smaller storage amount of hydrogen ions under the electrode use conditions than that of AB x .
As a result, when the nickel-hydrogen secondary electrode incorporating the electrode containing the hydrogen storage alloy as an active material was evaluated, not only the improvement of the life but also the reduction of the capacity were recognized.

【0122】このようなことから、前記水素吸蔵合金を
少なくとも90体積%が単一相のABx にすることによ
って電極使用条件下における割れ,腐食を抑制し、寿命
を向上させることができる。また、結晶構造がCaCu
5 型でありながら、非化学量論組成の水素吸蔵合金は、
結晶に歪が生じるため、水素の吸蔵・放出に伴う膨張収
縮に耐え、結果として、電極のサイクル寿命を延ばすこ
とができる。さらに水素の拡散が速かになる。その結
果、電池として組み込んだ際の大電流放電特性を改善で
きるという効果も有する。
From the above, by using at least 90% by volume of the hydrogen storage alloy as a single-phase AB x , cracking and corrosion under the electrode use condition can be suppressed and the life can be improved. In addition, the crystal structure is CaCu
Although it is type 5 , the non-stoichiometric hydrogen storage alloy is
Since the crystal is strained, it can withstand expansion and contraction due to hydrogen absorption and desorption, and as a result, the cycle life of the electrode can be extended. Furthermore, the diffusion of hydrogen becomes faster. As a result, there is also an effect that the large current discharge characteristics when incorporated as a battery can be improved.

【0123】一方、溶湯急冷法による水素吸蔵合金は、
不活性雰囲気ないし真空中で原料をるつぼで溶解した
後、鋳型に鋳込むことによって製造される従来法による
水素吸蔵合金に比較し、組成を均質化できると共に結晶
サイズを微小化できる他、冷却中の凝固偏析を抑制でき
る。その結果、前記水素吸蔵合金を活物質として電極を
形成し、前記電極を用いて電池を構成した場合、アルカ
リ性電解液による腐食速度を低減することができる。
On the other hand, the hydrogen storage alloy produced by the melt quenching method is
Compared to the conventional hydrogen storage alloy produced by melting the raw material in a crucible in an inert atmosphere or vacuum and then casting it in a mold, the composition can be homogenized and the crystal size can be made smaller, and it is being cooled. It is possible to suppress the solidification segregation of. As a result, when an electrode is formed using the hydrogen storage alloy as an active material and a battery is formed using the electrode, the corrosion rate of the alkaline electrolyte can be reduced.

【0124】しかし溶湯急冷法で作製した水素吸蔵合金
を含む負極を用いて前記ニッケル水素二次電池を構成す
る場合には、従来法による合金と同じ電池設計では、溶
湯急冷法で作製した水素吸蔵合金が持つ特徴を発揮させ
ることはできないばかりか、特に電解液量が過大な場合
には従来法合金による電池特性から再現することができ
ない場合があった。
However, when the nickel-hydrogen secondary battery is constructed by using the negative electrode containing the hydrogen storage alloy produced by the melt quenching method, the hydrogen storage produced by the melt quenching method is used in the same battery design as the alloy by the conventional method. Not only can the characteristics of the alloy not be exhibited, but in particular, when the amount of electrolyte is too large, it may not be possible to reproduce from the battery characteristics of the conventional alloy.

【0125】このようなことから、本発明に係るニッケ
ル水素二次電池では電解液量を水素吸蔵合金の負極の容
量に対して0.4〜1.8ml/Ahの範囲に規定する
ことによって、円滑なる電池反応がなされてニッケル電
極の容量を充分に引き出すことができ、容量を向上でき
る。その上、過充電状態でニッケル電極より発生する酸
素ガスを円滑に還元でき、電池内圧の上昇を抑制でき
る。
Therefore, in the nickel-hydrogen secondary battery according to the present invention, the amount of the electrolytic solution is regulated within the range of 0.4 to 1.8 ml / Ah with respect to the capacity of the negative electrode of the hydrogen storage alloy. A smooth battery reaction is performed, the capacity of the nickel electrode can be sufficiently drawn out, and the capacity can be improved. Moreover, the oxygen gas generated from the nickel electrode can be smoothly reduced in the overcharged state, and the rise in the battery internal pressure can be suppressed.

【0126】また、ニッケル電極の容量に対する前記水
素吸蔵合金負極の放電状態における未充電状態合金の容
量比を1.1〜2.0の範囲に規定することによって、
電池容量が水素吸蔵合金電極容量で規制されるのを回避
し、特別な充電制御方法および放電制御方法を使用する
ことなく、充電末期および放電末期で電池内圧の上昇を
抑制できる。同時に、電池容器内に占める水素吸蔵合金
電極の体積を小さくでき、その分、容量規制電極である
ニッケル電極の量が増大できるため、容量を増大でき
る。
By defining the capacity ratio of the uncharged state alloy in the discharged state of the hydrogen storage alloy negative electrode to the capacity of the nickel electrode in the range of 1.1 to 2.0,
It is possible to prevent the battery capacity from being regulated by the hydrogen storage alloy electrode capacity, and suppress an increase in the battery internal pressure at the end of charging and the end of discharging without using a special charge control method or discharge control method. At the same time, the volume of the hydrogen storage alloy electrode in the battery container can be reduced, and the amount of the nickel electrode, which is the capacity control electrode, can be increased by that amount, so that the capacity can be increased.

【0127】したがって、溶湯急冷法で作製した水素吸
蔵合金の特性を生かしつつ、高容量で電池内圧の上昇の
抑制が図られた長寿命で低価格のニッケル水素二次電池
を得ることができる。
Therefore, it is possible to obtain a long-life and low-cost nickel-hydrogen secondary battery that has a high capacity and suppresses an increase in the battery internal pressure, while making the most of the characteristics of the hydrogen storage alloy produced by the melt quenching method.

【0128】また上記合金を、200〜500℃程度の
比較的低温度で熱処理することにより、合金の均質性を
保ちながら、内部歪を除去することが可能であり、より
電池特性が優れたニッケル水素電池を提供することがで
きる。
Further, by heat-treating the above alloy at a relatively low temperature of about 200 to 500 ° C., it is possible to remove internal strain while maintaining the homogeneity of the alloy, and nickel which has more excellent battery characteristics. A hydrogen battery can be provided.

【0129】[0129]

【実施例】以下本発明の実施例についてより具体的に説
明する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described more specifically below.

【0130】実施例1〜9 溶湯急冷法による冷却を行って得られる溶湯急冷合金が
表1に示す組成となるように、溶解時の減耗を見込んで
各種の原料混合体を調製した。各原料混合体をTiボラ
イド製るつぼに投入し、高周波誘導加熱法により溶解し
て各種合金溶湯を調製した。次に得られた各合金溶湯を
図1に示す単ロール法装置の冷却ロール表面に射出する
ことにより厚さ50μmのフレーク状の溶湯急冷合金を
調製した。ここで冷却ロールとしては直径300mmの
銅製ロールを用い、射出ノズルと冷却ロールとの間隙幅
は50mmに設定するとともに射出圧力は0.02kg
f/cm2 に設定した。また急冷処理は真空中で実施
し、冷却ロールの回転数は、600rpmに設定し、合
金溶湯の平均冷却速度が約2400℃/sとなるように
調整した。
Examples 1 to 9 Various raw material mixtures were prepared in consideration of wear during melting so that the melt-quenched alloys obtained by cooling by the melt-quenching method would have the compositions shown in Table 1. Each raw material mixture was put into a Ti boride crucible and melted by a high frequency induction heating method to prepare various alloy melts. Next, each of the obtained molten alloys was injected onto the surface of the cooling roll of the single roll method apparatus shown in FIG. 1 to prepare a flaky molten metal quench alloy having a thickness of 50 μm. Here, a copper roll having a diameter of 300 mm was used as the cooling roll, the gap width between the injection nozzle and the cooling roll was set to 50 mm, and the injection pressure was 0.02 kg.
It was set to f / cm 2 . The quenching treatment was performed in vacuum, the rotation speed of the cooling roll was set to 600 rpm, and the average cooling rate of the molten alloy was adjusted to about 2400 ° C./s.

【0131】次に得られた各溶湯急冷合金を粉砕して2
00メッシュ以下に分級して電池用水素吸蔵合金粉末を
調製した。次に調製した電池用水素吸蔵合金粉末と、P
TFE粉末と、カーボン粉末とをそれぞれ重量%で9
5.5%、4.0%、0.5%になるように秤量後、混
練して各電極シートを作成した。電極シートを所定の大
きさに切り出してニッケル製集電体に圧着し、水素吸蔵
合金電極をそれぞれ作成した。
Next, each of the obtained melt-quenched alloys was crushed to 2
A hydrogen storage alloy powder for a battery was prepared by classifying the powder into a mesh of 00 mesh or less. Next, the prepared hydrogen storage alloy powder for a battery and P
9% by weight of TFE powder and carbon powder respectively
After weighing so as to be 5.5%, 4.0%, and 0.5%, kneading was performed to prepare each electrode sheet. The electrode sheet was cut into a predetermined size and pressure-bonded to a nickel current collector to prepare a hydrogen storage alloy electrode.

【0132】そして、各水素吸蔵合金電極について、合
金1g当り220mAの電流値(220mA/g)で3
00mAh/gまで充電した後に、上記電流値でHg/
HgO参照電極に対して−0.5Vの電位差になるまで
放電させたときの最大電極容量を測定して表1に示す結
果を得た。さらに各電極の活性回数を測定した。ここで
活性回数は、製造した電極が最大容量を示すまでに必要
な充放電サイクル数であり、該合金を使用して作成した
電池の電池特性の立上りの良否を判定する指標となる。
For each hydrogen storage alloy electrode, the current value of 220 mA per gram of alloy (220 mA / g) was 3
After charging to 00 mAh / g, Hg /
The maximum electrode capacity when discharged to a potential difference of −0.5 V with respect to the HgO reference electrode was measured, and the results shown in Table 1 were obtained. Further, the number of times of activation of each electrode was measured. Here, the number of times of activation is the number of charge / discharge cycles required for the manufactured electrode to show the maximum capacity, and is an index for determining whether or not the battery characteristics of a battery manufactured using the alloy are good.

【0133】一方、水酸化ニッケル90重量%と一酸化
コバルト10重量%とに少量のCMC(カルボキシメチ
ルセルロース)と水とを添加し撹拌混合してペーストを
調製した。このペーストを、三次元構造を有するニッケ
ル多孔体に充填乾燥後、ローラプレスによって圧延する
ことによりニッケル極を製造した。
On the other hand, a small amount of CMC (carboxymethyl cellulose) and water were added to 90% by weight of nickel hydroxide and 10% by weight of cobalt monoxide, and mixed by stirring to prepare a paste. This paste was filled into a nickel porous body having a three-dimensional structure, dried, and then rolled by a roller press to produce a nickel electrode.

【0134】そして上記各水素吸蔵合金電極とニッケル
極とを組み合わせて各実施例のAA型(単三型)ニッケ
ル水素電池を組み立てた。ここで各電池の容量はニッケ
ル極の理論容量である650mAhとなるように設定
し、電解液としては、7規定の水酸化カリウムと1規定
の水酸化リチウムとの混合水溶液を使用した。
Then, the above-mentioned hydrogen storage alloy electrodes and nickel electrodes were combined to assemble the AA type (AA type) nickel hydrogen battery of each example. Here, the capacity of each battery was set to 650 mAh, which is the theoretical capacity of the nickel electrode, and a mixed aqueous solution of 7N potassium hydroxide and 1N lithium hydroxide was used as the electrolytic solution.

【0135】次に各電池について、650mAで1.5
時間充電後、電池電圧が1Vになるまで1Aの電流で放
電する充放電サイクルを繰り返し、電池容量が初期容量
の80%になるまでのサイクル数を電池寿命として測定
した。
Then, for each battery, 1.5 at 650 mA
After charging for an hour, a charge / discharge cycle of discharging with a current of 1 A was repeated until the battery voltage became 1 V, and the number of cycles until the battery capacity reached 80% of the initial capacity was measured as the battery life.

【0136】また各電池を組み立て、10サイクル充放
電した後、電池を分解して負電極に使用した水素吸蔵合
金の金属組織の分析を行った。なお一旦電池に組み込ま
れた水素吸蔵合金粉末は高分子結着剤などと一体化して
おり、また電解液や,微細構造観察時に使用するエッチ
ング液により部分的に腐食されているため、そのままで
は金属組織を観察することは困難である。そこで以下に
示すような(1)〜(3)項の手順で分析試料を作成
し、さらに(4)項に示す方法で金属組織の分析を実施
した。
After assembling each battery and charging / discharging for 10 cycles, the battery was disassembled and the metal structure of the hydrogen storage alloy used for the negative electrode was analyzed. The hydrogen-absorbing alloy powder once incorporated in the battery is integrated with the polymer binder, etc., and is partially corroded by the electrolytic solution and the etching solution used for observing the fine structure. Observing the tissue is difficult. Therefore, an analysis sample was prepared by the procedure of the following items (1) to (3), and the metal structure was analyzed by the method shown in the item (4).

【0137】(1)負極の取出し 完全に放電させない状態で電池を分解すると、負極に含
有される水素吸蔵合金が発火する危険性があるため、ニ
ッケル水素電池を完全に放電させた後に電池を分解し負
極を取り出す。発火を防止するため、電池から取り出し
た負極は充分に水洗し乾燥させる。水洗や乾燥が不十分
であると次工程の樹脂埋めの際に樹脂とのなじみが悪く
剥離するおそれがある。
(1) Removal of Negative Electrode When the battery is disassembled without being completely discharged, there is a risk of ignition of the hydrogen storage alloy contained in the negative electrode. Therefore, the battery is disassembled after the nickel-hydrogen battery is completely discharged. Then take out the negative electrode. In order to prevent ignition, the negative electrode taken out from the battery is thoroughly washed with water and dried. Insufficient washing or drying may result in poor compatibility with the resin and peeling during resin filling in the next step.

【0138】(2)樹脂による負極の埋め込み 乾燥させた負極から10mm×5mmの試料片を10枚
切り出し、1〜10の試料番号を付する。これらの試料
片を成形用型の中に長辺が下になるように垂直に立て、
その間隙部に樹脂を流し込み硬化させ複合体を形成す
る。この埋め込み用の樹脂としては、エポキシ樹脂等の
粘性が低い樹脂を用いる。また試料片と樹脂との密着度
を高めるため、樹脂の温度を高めて粘性を下げた状態で
成形型中に流し込むとよい。
(2) Embedding of Negative Electrode with Resin Ten pieces of 10 mm × 5 mm sample are cut out from the dried negative electrode, and sample numbers 1 to 10 are given. Vertically stand these sample pieces in the mold with the long side down.
A resin is poured into the gap and cured to form a composite. As the resin for embedding, a resin having low viscosity such as epoxy resin is used. Further, in order to increase the degree of adhesion between the sample piece and the resin, it is advisable to raise the temperature of the resin and reduce the viscosity thereof before pouring it into the mold.

【0139】(3)複合体の研摩 硬化した複合体の表面を耐水研摩紙(#600)〜(#
1500)を順次使用して研摩し、水素吸蔵合金の断面
を露出させる。この研摩操作は研摩機械によって実施し
てもよいが、衝撃力が大きいため、電極内の水素吸蔵合
金が剥離し易くなる。従って上記研摩は手作業で実施す
ることが好ましい。
(3) Polishing of Composite The surface of the cured composite is coated with water resistant abrasive paper (# 600) to (# 600).
1500) are sequentially used for polishing to expose the cross section of the hydrogen storage alloy. This polishing operation may be performed by a polishing machine, but since the impact force is large, the hydrogen storage alloy in the electrode is likely to peel off. Therefore, it is preferable to carry out the polishing manually.

【0140】(4)合金組織の観察 上記試料片に含有される水素吸蔵合金の金属組織をSE
M(走査型電子顕微鏡)で観察する場合、水素吸蔵合金
が高分子結着剤などと一体化しており、部分的に金属組
織を明確に確認できないものもある。従って金属組織を
確認できる合金のみを観察の対象とする。
(4) Observation of Alloy Structure The metal structure of the hydrogen storage alloy contained in the above sample piece was SE.
When observed with M (scanning electron microscope), the hydrogen storage alloy is integrated with the polymer binder and the like, and in some cases, the metallographic structure cannot be clearly confirmed partially. Therefore, only alloys whose metallographic structure can be confirmed are to be observed.

【0141】上記観察は、金属組織が最も多く写真撮影
できるように視野を選択して、電極断面に露出した水素
吸蔵合金の金属組織を、SEMを用いて1500〜20
00倍程度の倍率で写真撮影したときに、図10,図1
6および図22に示すように、結晶粒が視認できる不定
形な全結晶組織のうち、その結晶組織の内接する最大長
方形で区画される領域Rの範囲内で行なった。このと
き、負極に含有される本発明の水素吸蔵合金の一個一個
について、確認できる金属組織内において、アスペクト
比が1:2以上の結晶粒子が占める割合は、50%以上
が好ましい。より好ましくは70%以上、さらに好まし
くは80%以上である。上記割合が50%未満の場合に
は、結晶粒界が増え、その結果、偏析も増加して合金粒
子の劣化が顕著になるからである。かつ、上記アスペク
ト比が1:2以上の結晶粒子数の割合が、確認できる金
属組織に含まれる全粒子数に対して30%以上、より好
ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上であ
ることが必要である。上記結晶粒子数の割合が30%未
満の場合には、劣化し易い結晶粒子数が相対的に多くな
り、電池を形成した場合に寿命が顕著に短縮してしまう
からである。
In the above observation, the field of view was selected so that the most metallographic structure could be photographed, and the metallographic structure of the hydrogen storage alloy exposed on the electrode cross section was analyzed by SEM to 1500 to 20.
10 and 1 when taking a photograph at a magnification of about 00 times.
As shown in FIG. 6 and FIG. 22, it was carried out within the range of the region R defined by the largest rectangle inscribed in the crystal structure out of the entire amorphous crystal structure in which the crystal grains were visible. At this time, for each hydrogen storage alloy of the present invention contained in the negative electrode, the proportion of crystal particles having an aspect ratio of 1: 2 or more in the identifiable metal structure is preferably 50% or more. It is more preferably 70% or more, still more preferably 80% or more. This is because when the above ratio is less than 50%, the number of crystal grain boundaries increases, and as a result, segregation also increases and alloy particles are significantly deteriorated. Further, the ratio of the number of crystal grains having an aspect ratio of 1: 2 or more is 30% or more, more preferably 50% or more, and further preferably 70% or more with respect to the total number of particles contained in the metal structure that can be confirmed. It is necessary. This is because when the ratio of the number of crystal particles is less than 30%, the number of crystal particles that easily deteriorate becomes relatively large and the life of the battery is significantly shortened.

【0142】ここでアスペクト比とは、結晶粒の短径と
長径との比であり、長径とは結晶粒の軸方向の最大長さ
であり、短径とは、その軸直角方向の最大長さをいう。
Here, the aspect ratio is the ratio of the minor axis to the major axis of the crystal grain, the major axis is the maximum length in the axial direction of the crystal grain, and the minor axis is the maximum length in the direction perpendicular to the axis. Say it.

【0143】本発明に係る水素吸蔵合金の金属組織にお
いて、柱状結晶粒の平均短径は30μm以下、より好ま
しくは20μm以下、さらに好ましくは10μm以下で
あることが好ましい。上記平均短径が30μmを超える
と、偏析が多く発生し、合金の耐食性が低下し寿命が短
かくなる上に、電池を製造した際の充放電サイクルの低
下が顕著になる。さらに合金内における水素の移動パス
である粒界面の面積が小さくなるため、水素の拡散抵抗
が大きくなり、大電流放電時の電池電圧が低下し易くな
る。
In the metal structure of the hydrogen storage alloy according to the present invention, the average minor axis of the columnar crystal grains is preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less, further preferably 10 μm or less. When the average minor axis is more than 30 μm, segregation occurs frequently, the corrosion resistance of the alloy is reduced, the life is shortened, and the charge / discharge cycle during battery production is significantly reduced. Furthermore, since the area of the grain boundary, which is a migration path of hydrogen in the alloy, becomes small, the diffusion resistance of hydrogen becomes large, and the battery voltage at the time of large current discharge tends to decrease.

【0144】次に水素吸蔵合金の金属組織を構成する柱
状晶のアスペクト比を求める方法を具体的に説明する。
Next, a method for obtaining the aspect ratio of the columnar crystals forming the metal structure of the hydrogen storage alloy will be specifically described.

【0145】図4は実施例に係る水素吸蔵合金の金属組
織例を示す電子顕微鏡写真であり、単ロール装置の冷却
ロールに接した溶湯急冷合金の厚さ方向の破断面を示し
ている。上記水素吸蔵合金は粉砕する前のフレーク状の
溶湯急冷合金である。図4において、破断面の下側が冷
却ロールに当接していた冷却面であり、上側が自由面側
である。溶湯急冷処理により、冷却面側から垂直方向に
種々のアスペクト比を有する柱状晶が成長している状態
が明瞭に識別できる。
FIG. 4 is an electron micrograph showing an example of the metallographic structure of the hydrogen storage alloy according to the example, showing a fracture surface in the thickness direction of the melt-quenched alloy in contact with the cooling roll of the single roll device. The hydrogen storage alloy is a flake-like melt quench alloy before crushing. In FIG. 4, the lower side of the fracture surface is the cooling surface that was in contact with the cooling roll, and the upper side is the free surface side. By the molten metal quenching treatment, it is possible to clearly identify the state where columnar crystals having various aspect ratios are grown vertically from the cooling surface side.

【0146】しかしながら実際の電池の負極には、上記
フレーク状の溶湯急冷合金を粉砕したものが使用されて
おり、またその粉砕粉も電解液によって侵食されている
場合もあるため、SEMにより観察を行った場合に必ず
しも鮮明な柱状晶が観察できるとは限らない。以下図5
〜図8を参照して金属組織が不鮮明になる場合について
説明する。
However, as the negative electrode of an actual battery, a pulverized melt-quenched alloy of the above flakes is used, and the pulverized powder may also be corroded by the electrolytic solution. When it is carried out, it is not always possible to observe clear columnar crystals. Figure 5 below
The case where the metal structure becomes unclear will be described with reference to FIGS.

【0147】図5〜図8は実際に使用した電池から取り
出した負極に含有される水素吸蔵合金のSEM写真であ
る。すなわち図5は冷却ロールの冷却面に対して垂直方
向の破断面が観察され、垂直方向に柱状晶が成長してい
る状態が識別できる。図6は冷却ロールに当接する側
(ロールサイド)と反対側の自由面側(フリーサイド)
の表面組織を表わしている。この場合は柱状晶の短径に
相当する端面のみが観察されるため、あたかも等軸晶の
ように観察される場合がある。図7は中央部に柱状晶が
部分的に観察されるが、右上部は、電解液に侵食されて
いるため、全体として金属組織を明瞭に識別することが
困難である。図8は水素吸蔵合金の上部表面(白色部)
が、SEM観察時に使用するエッチング液によって侵食
されているため、金属組織全体が明瞭に識別できない例
を示す。
5 to 8 are SEM photographs of the hydrogen storage alloy contained in the negative electrode taken out from the actually used battery. That is, in FIG. 5, a fracture surface in the direction perpendicular to the cooling surface of the cooling roll is observed, and the state in which columnar crystals are growing in the vertical direction can be identified. FIG. 6 shows a free surface side (free side) opposite to the side (roll side) contacting the cooling roll.
Represents the surface texture of the. In this case, only the end face corresponding to the minor axis of the columnar crystal is observed, so that it may be observed as if it is an equiaxed crystal. In FIG. 7, columnar crystals are partially observed in the central part, but it is difficult to clearly identify the metal structure as a whole because the upper right part is eroded by the electrolytic solution. Figure 8 shows the upper surface of the hydrogen storage alloy (white part)
However, an example in which the entire metallographic structure cannot be clearly discerned because it was eroded by the etching liquid used during SEM observation.

【0148】そこで負電極に含有される水素吸蔵合金の
金属組織を分析する場合には、対象面を鏡面研摩した後
に、その金属組織の結晶粒界を露出させるために、エッ
チング処理を行なう。しかしながら、このエッチング液
が水素吸蔵合金の組成に適合していない場合には、エッ
チング液が合金全体を過度に侵食してしまうため、結晶
粒界を鮮明に露出させることは不可能になる。したがっ
て、たとえ柱状晶が形成されていても、侵食度が大きい
場合には、金属組織全体を識別することが困難になる。
一方、侵食度が小さい場合でも、柱状晶の形態は、かろ
うじて視認できるが、結晶粒界を鮮明に識別することは
困難である。なお上記以外に冷却ロール面に対して斜め
の破断面が観察される場合には、冷却ロール面と破断面
とのなす角度によっては柱状晶があたかも等軸晶のよう
に観察される場合がある。したがってこの場合には、柱
状晶の面積率を測定する場合には注意を要する。
Therefore, when the metal structure of the hydrogen storage alloy contained in the negative electrode is analyzed, the target surface is mirror-polished and then an etching treatment is performed to expose the crystal grain boundaries of the metal structure. However, if the etching solution does not match the composition of the hydrogen storage alloy, the etching solution excessively corrodes the entire alloy, making it impossible to clearly expose the grain boundaries. Therefore, even if columnar crystals are formed, it is difficult to identify the entire metallographic structure if the degree of erosion is high.
On the other hand, even when the degree of erosion is small, the morphology of columnar crystals can barely be visually recognized, but it is difficult to clearly distinguish the crystal grain boundaries. In addition to the above, when a fractured surface oblique to the cooling roll surface is observed, columnar crystals may be observed as if they are equiaxed crystals depending on the angle between the cooling roll surface and the fractured surface. . Therefore, in this case, care must be taken when measuring the area ratio of columnar crystals.

【0149】図9,図15および図21は実際に使用し
た電池から取り出した負極に含有される水素吸蔵合金粒
子のSEM写真である。上記図9,図15および図21
に示す水素吸蔵合金粒子は、それぞれ実施例5,実施例
1および実施例8に対応するものである。
FIGS. 9, 15 and 21 are SEM photographs of the hydrogen storage alloy particles contained in the negative electrode taken out from the actually used battery. FIG. 9, FIG. 15 and FIG.
The hydrogen storage alloy particles shown in are corresponding to Example 5, Example 1 and Example 8, respectively.

【0150】図15の中央部に示すように柱状晶が発達
した鮮明な合金粒子が観察される一方、その周囲には、
電池の電解液や、検鏡時に使用したエッチング液により
侵食されているため、結晶組織が鮮明に観察できない合
金粒子もある。特にエッチング液が水素吸蔵合金の組成
に不適な場合は、エッチング液が合金表面を侵食するた
め、金属組織を観察することが不可能となる。
As shown in the central portion of FIG. 15, clear alloy particles having columnar crystals developed are observed, while the periphery thereof has
There are some alloy particles whose crystal structure cannot be clearly observed because they are corroded by the electrolytic solution of the battery and the etching solution used at the time of microscopy. In particular, when the etching solution is not suitable for the composition of the hydrogen storage alloy, the etching solution corrodes the alloy surface, making it impossible to observe the metal structure.

【0151】次に上記SEM写真に基づいて、アスペク
ト比が1:2以上である結晶粒が、全結晶粒に占める割
合を算定する方法について述べる。まず研摩された1個
の負極片の断面に観察される全水素吸蔵合金粒子のう
ち、金属組織が鮮明に表われている合金粒子数を計数
し、その値をN1 とする。このとき、合金粒子が水素吸
蔵合金であることを確認するために、X線マイクロアナ
ライザ(EPMA)または、エネルギ分散型X線アナラ
イザ(EDX)などを使用して、希土類元素からの特有
な信号を検出する。この特有な信号が検出されない場合
には、粉砕片のような付着物と推定され、水素吸蔵合金
粒子ではないと判定し、合金粒子数から除外する。
Next, a method for calculating the ratio of the crystal grains having an aspect ratio of 1: 2 or more to all the crystal grains based on the SEM photograph will be described. First, of all the hydrogen-absorbing alloy particles observed in the cross section of one polished negative electrode piece, the number of alloy particles having a distinct metal structure is counted, and the value is defined as N 1 . At this time, in order to confirm that the alloy particles are hydrogen storage alloys, an X-ray microanalyzer (EPMA), an energy dispersive X-ray analyzer (EDX), or the like is used to obtain a unique signal from the rare earth element. To detect. When this peculiar signal is not detected, it is presumed that it is an adhered matter such as a crushed piece, it is determined that it is not a hydrogen storage alloy particle, and it is excluded from the number of alloy particles.

【0152】次に上記N1 個の合金粒子のうち、アスペ
クト比が1:2以上の結晶粒が、金属組織面積の50%
以上を占める合金粒子数N1 ′を計数する。以下、負極
の各試料片1〜10について同様に計数する。
Next, among the N 1 alloy particles, crystal grains having an aspect ratio of 1: 2 or more account for 50% of the metal structure area.
The number N 1 ′ of alloy particles occupying the above is counted. Hereinafter, the negative electrode sample pieces 1 to 10 are similarly counted.

【0153】こうして求めたN1 〜N10およびN1 ′〜
10′の値を下記式に代入して柱状晶組織の割合が算出
される。
Thus obtained N 1 to N 10 and N 1 ′ to
The ratio of the columnar crystal structure is calculated by substituting the value of N 10 ′ into the following formula.

【0154】[0154]

【数1】 [Equation 1]

【0155】次に上記柱状晶組織が金属組織において占
める割合の算定法について述べる。なお、上記柱状晶と
してはアスペクト比が1:2以上の長尺の結晶粒を調査
の対象とした。またアスペクト比が1:2未満の結晶粒
には、等軸晶のみならず、チル晶や各種付着物にも含ん
でいる。上記柱状晶の占有面積はイメージアナライザ
(LUZEX500型,日本レギュレータK.K.製)
を使用して測定した。すなわち実施例5を例にとり、説
明すると、図9に示すような金属組織を撮影したSEM
写真上に薄いトレーシングペーパ(坪量:40g/m2
程度)を載せ、結晶粒界をペーパー上に写し取り、図1
0に示すような写図を作成する。図10に示す水素吸蔵
合金粒子において、柱状晶31の左側には、電解液によ
って侵食された侵食部30が形成されている。また領域
R内の中央には、粉砕物のかけら等の付着物33が介在
している。
Next, a method of calculating the ratio of the columnar crystal structure in the metal structure will be described. As the columnar crystals, long crystal grains having an aspect ratio of 1: 2 or more were investigated. In addition, crystal grains having an aspect ratio of less than 1: 2 include not only equiaxed crystals but also chill crystals and various deposits. The area occupied by the columnar crystals is an image analyzer (LUZEX500 type, manufactured by Nippon Regulator KK).
Was measured using. That is, taking Example 5 as an example, to explain, an SEM of a metal structure photographed as shown in FIG.
Thin tracing paper on the photo (basis weight: 40 g / m 2
(Fig. 1) and the grain boundaries on the paper.
A map as shown in 0 is created. In the hydrogen storage alloy particles shown in FIG. 10, an eroded portion 30 eroded by the electrolytic solution is formed on the left side of the columnar crystal 31. Further, in the center of the region R, an adhering substance 33 such as a fragment of a crushed substance is interposed.

【0156】次に作成した写図においてアスペクト比が
1:5以上の柱状晶に相当する部分を黒く塗りつぶし、
図11を得る。同様にアスペクト比が1:4以上の柱状
晶部分を塗りつぶし、図12を得る。以下同様にアスペ
クト比が1:3の場合、1:2以上の場合について塗り
つぶしてそれぞれ図13および図14を得る。次に図1
1〜14について、イメージアナライザを使用して画像
処理を行い、当該アスペクト比に該当する柱状晶の面積
割合を光学的に解析し演算する。すなわちイメージアナ
ライザは対象範囲R内の柱状晶の有無を色の濃淡で識別
し、柱状晶に相当する黒部分の面積割合を算出する。
Next, in the created map, the portion corresponding to the columnar crystals having an aspect ratio of 1: 5 or more was painted black,
FIG. 11 is obtained. Similarly, the columnar crystal portion having an aspect ratio of 1: 4 or more is painted out to obtain FIG. Similarly, when the aspect ratio is 1: 3 and the aspect ratio is 1: 2 or more, painting is performed to obtain FIGS. 13 and 14, respectively. Next in FIG.
For 1 to 14, image processing is performed using an image analyzer, and the area ratio of columnar crystals corresponding to the aspect ratio is optically analyzed and calculated. That is, the image analyzer discriminates the presence or absence of columnar crystals in the target range R by the shade of color, and calculates the area ratio of the black portion corresponding to the columnar crystals.

【0157】図15〜20、および図21〜26は他の
合金組織について上記面積割合を累積的に算出した例を
示している。図15は実施例1に係る水素吸蔵合金粒子
を示すSEM写真である。図15のSEM写真で示す合
金粒子のうち、結晶組織が鮮明に識別できる中央部の合
金粒子の結晶組織をトレースして図16に示す写図が得
られる。図16において、上縁の直線部は冷却ロールに
対する当接面34であり、この当接面34に沿って、冷
却ロールの超急冷作用によって生じた微細なチル晶35
が生成している。なおチル晶35は微細であるため、結
晶粒界は図示していない。また領域Rの右側に付着物3
3が介在している。
15 to 20 and FIGS. 21 to 26 show examples in which the above area ratios are cumulatively calculated for other alloy structures. FIG. 15 is an SEM photograph showing the hydrogen storage alloy particles according to Example 1. Of the alloy particles shown in the SEM photograph of FIG. 15, the crystal structure of the alloy particles in the central portion where the crystal structure can be clearly identified is traced to obtain the map shown in FIG. In FIG. 16, the straight line at the upper edge is the contact surface 34 with respect to the cooling roll, and along this contact surface 34, the fine chill crystals 35 generated by the ultra-quenching action of the cooling roll.
Is being generated. Since the chill crystals 35 are fine, the crystal grain boundaries are not shown. On the right side of the area R, the deposit 3
3 intervenes.

【0158】以下実施例5の場合と同様にしてアスペク
ト比が1:5以上、1:4以上、1:3以上、1:2以
上の柱状晶部分を黒く塗りつぶしてそれぞれ図17〜2
0の写図が得られる。
In the same manner as in Example 5, the columnar crystal portions having an aspect ratio of 1: 5 or more, 1: 4 or more, 1: 3 or more, 1: 2 or more are filled in with black, and FIGS.
A map of 0 is obtained.

【0159】実施例8に係る水素吸蔵合金についても、
同様に、図21に示すSEM写真から結晶組織を示す図
22の写図を作成し、以下各アスペクト比の範囲毎に該
当する柱状晶を塗りつぶし、図23〜26を作成し、各
図についてイメージアナライザによって解析し、柱状晶
部分の面積割合が求められる。
Also for the hydrogen storage alloy according to Example 8,
Similarly, from the SEM photograph shown in FIG. 21, a map of FIG. 22 showing the crystal structure is created, and the columnar crystals corresponding to each aspect ratio range are filled in, and FIGS. 23 to 26 are prepared. The area ratio of the columnar crystal portion is obtained by analyzing with an analyzer.

【0160】図9〜図26から明らかなように、いずれ
の結晶組織においても、柱状晶31が充分に成長してい
る一方、組織内に部分的に等軸晶32も存在することが
確認された。
As is clear from FIGS. 9 to 26, it was confirmed that the columnar crystals 31 were sufficiently grown in all the crystal structures, while the equiaxed crystals 32 were partially present in the structures. It was

【0161】なお上記解析を行う範囲は、図10,図1
6および図22に示すように、結晶粒が視認できる不定
形な全結晶組織のうち、その結晶組織に内接する最大長
方形で区画される領域Rの範囲内とした。なお上記領域
Rの境界上に存在する柱状晶は領域R内のみの面積を採
用する一方、アスペクト比は領域外に存在する部分を含
めた柱状晶全体の形状から算定した。
The range of the above analysis is shown in FIGS.
As shown in FIG. 6 and FIG. 22, it was set within the range of the region R defined by the largest rectangle inscribed in the crystal structure among all the amorphous crystal structures in which the crystal grains were visible. The columnar crystals existing on the boundary of the region R adopt the area only in the region R, while the aspect ratio was calculated from the shape of the entire columnar crystal including the part existing outside the region.

【0162】このようにして実施例1〜9に係る各水素
吸蔵合金の柱状晶の面積割合、柱状晶の短径、その水素
吸蔵合金を使用した電池の最大電極容量、充放電サイク
ル数(寿命)および活性回数をまとめて下記表1に示
す。
Thus, the area ratio of the columnar crystals of each hydrogen storage alloy according to Examples 1 to 9, the minor axis of the columnar crystals, the maximum electrode capacity of the battery using the hydrogen storage alloy, the number of charge / discharge cycles (lifetime). ) And the number of activities are summarized in Table 1 below.

【0163】[0163]

【表1】 [Table 1]

【0164】表1に示す結果から明らかなように、Mn
を添加した所定組成の合金溶湯を急冷処理して調製した
実施例1〜9に係る電池用水素吸蔵合金によれば、いず
れも結晶組織に十分に柱状晶が成長するとともに構成元
素の偏析が極めて少ないため、負電極材料として使用し
た場合に寿命を損うことなく電極容量を大幅に改善する
ことができた。
As is clear from the results shown in Table 1, Mn
According to the hydrogen storage alloys for batteries according to Examples 1 to 9 prepared by quenching the molten alloy having the predetermined composition containing all of them, columnar crystals grow sufficiently in the crystal structure and segregation of the constituent elements is extremely high. Since the amount was small, the electrode capacity could be significantly improved without impairing the life when used as a negative electrode material.

【0165】また最大電極容量に達するまでに必要な充
放電サイクル数、すなわち活性回数が2〜3サイクルと
少ないため、電池特性の初期の立上りが迅速であり、電
池製造コストを削減することができた。
Further, since the number of charge / discharge cycles required to reach the maximum electrode capacity, that is, the number of times of activation is as small as 2 to 3 cycles, the initial rise of the battery characteristics is quick, and the battery manufacturing cost can be reduced. It was

【0166】なお、実施例1〜9において作成した各水
素吸蔵合金粉末について、電極を作成する前に下記
(A),(B)項および前記(4)項に示す手順で金属
組織の分析を行なった。
The metal structures of the hydrogen storage alloy powders prepared in Examples 1 to 9 were analyzed by the procedures shown in the following (A), (B) and (4) before the electrodes were prepared. I did.

【0167】(A)樹脂埋め込み 合金試料約100mgを採取し、直径20mmのSEM試
料用樹脂埋め込み枠(ポリプロピレン製)中央部に散布
する。次いで、SEM試料埋め込み用樹脂として市販さ
れているエポキシ樹脂(ビューラー社製EPO−MI
X)と硬化剤とを良く混合した後、混合体を上記埋め込
み枠に注入し硬化させる。この際、試料と樹脂との密着
性を向上させるため、樹脂を予め60℃程度まで加温し
て粘度を低下させたり、樹脂注入後、真空デシケータ中
で真空引きして脱泡を行なうことが望ましい。
(A) Resin embedding Approximately 100 mg of an alloy sample is sampled and scattered on the center of a resin embedding frame (made of polypropylene) for SEM samples having a diameter of 20 mm. Next, an epoxy resin commercially available as a resin for embedding a SEM sample (EPO-MI manufactured by Buhler Co., Ltd.
After mixing X) and the curing agent well, the mixture is poured into the embedding frame and cured. At this time, in order to improve the adhesiveness between the sample and the resin, it is possible to preheat the resin to about 60 ° C. to reduce the viscosity, or to inject the resin and then perform vacuuming in a vacuum desiccator to perform defoaming. desirable.

【0168】(B)研磨 上記手順により埋め込みを行なった試料を、次いで研磨
機で鏡面仕上げとなるまで研磨する。水素吸蔵合金試料
は水と反応し易いため、研磨はメチルアルコールを滴下
しながら耐水研磨紙の目の荒さを180番,400番,
800番と順に細かくしながら200rpmで回転する
回転式研磨機により研磨した後、同じく回転研磨機にフ
ェルトをセットしダイアモンドペーストの粒度を15ミ
クロン,3ミクロン,0.25ミクロンの順に細かくし
ながら研磨し鏡面仕上げした。
(B) Polishing The sample embedded by the above procedure is then polished by a polishing machine until a mirror finish is obtained. Since the hydrogen-absorbing alloy sample easily reacts with water, the roughness of the water-resistant abrasive paper should be 180, 400, while dropping methyl alcohol during polishing.
After polishing with a rotary polishing machine that rotates at 200 rpm while making it finer in order of 800, similarly set the felt on the rotary polishing machine and make the diamond paste finer in the order of 15 microns, 3 microns and 0.25 microns. It was mirror finished.

【0169】以上の手順で得られた各試料片について、
前記(4)項に示される方法で、水素吸蔵合金の柱状晶
の面積割合および柱状晶の短径を測定した。その結果、
実施例1〜9に係る水素吸蔵合金は、10サイクル充放
電を行なったニッケル水素電池から取り出した負極に含
有された合金の柱状晶についての各測定値(表1)とほ
ぼ同じ値を示すことを確認した。
For each sample piece obtained by the above procedure,
The area ratio of the columnar crystals and the minor axis of the columnar crystals of the hydrogen storage alloy were measured by the method described in the item (4). as a result,
The hydrogen storage alloys according to Examples 1 to 9 show almost the same values as the respective measured values (Table 1) of the columnar crystals of the alloy contained in the negative electrode taken out from the nickel-hydrogen battery that had been charged and discharged for 10 cycles. It was confirmed.

【0170】実施例10 溶湯急冷法による冷却を行って得られる溶湯急冷合金の
組成が、LmNi4.0Co0.4 Mn0.3 Al0.3 (Lm
はLa富化ミッシュメタルであり、Ce:3重量%,L
a:50重量%,Nd:40重量%,Pr:5重量%,
他の希土類元素:2重量%から成る。)となるように、
溶解時の減耗を予め見込んで組成を調整したAB5 型水
素吸蔵合金インゴット200gを高周波誘導加熱炉にて
溶解して合金溶湯を調製した。次に得られた合金溶湯を
図1に示す単ロール法装置の冷却ロール表面に滴下する
ことにより厚さ50μmのフレーク状溶湯急冷合金を調
製した。
Example 10 The composition of the melt-quenched alloy obtained by cooling by the melt-quenching method is LmNi 4.0 Co 0.4 Mn 0.3 Al 0.3 (Lm
Is La-enriched misch metal, Ce: 3% by weight, L
a: 50% by weight, Nd: 40% by weight, Pr: 5% by weight,
Other rare earth elements: Consists of 2% by weight. ),
A molten alloy was prepared by melting 200 g of an AB 5 type hydrogen storage alloy ingot, the composition of which was adjusted in advance to anticipate wear during melting, in a high frequency induction heating furnace. Next, the obtained molten alloy was dropped onto the surface of the cooling roll of the single roll method apparatus shown in FIG. 1 to prepare a flaky molten metal quench alloy having a thickness of 50 μm.

【0171】この溶湯急冷合金をアルゴン雰囲気中で温
度300℃で4時間熱処理した後に粉砕し、200メッ
シュ以下に分級した合金粉末を電池用水素吸蔵合金(合
金粉(A))とした。
This melt-quenched alloy was heat-treated in an argon atmosphere at a temperature of 300 ° C. for 4 hours and then pulverized, and the alloy powder classified to 200 mesh or less was used as a hydrogen storage alloy for batteries (alloy powder (A)).

【0172】一方合金粉(A)と同様な方法で溶湯急冷
合金を調製し、熱処理温度をそれぞれ150℃,200
℃,250℃,350℃,400℃,500℃,550
℃,600℃に設定して、4時間熱処理し、200メッ
シュ以下に分級した合金粉末をそれぞれ(B)〜(I)
合金粉とした。また(A)合金粉での熱処理時間をそれ
ぞれ0.5時間,1時間,6時間に設定したものをそれ
ぞれ(J)〜(L)粉とした。
On the other hand, a melt-quenched alloy was prepared in the same manner as the alloy powder (A), and the heat treatment temperatures were 150 ° C. and 200 ° C., respectively.
℃, 250 ℃, 350 ℃, 400 ℃, 500 ℃, 550
℃, 600 ℃, heat treatment for 4 hours, the alloy powder classified to 200 mesh or less (B) ~ (I) respectively
Alloy powder was used. Further, the heat treatment times for the (A) alloy powder were set to 0.5 hours, 1 hour, and 6 hours, respectively, to obtain (J) to (L) powders.

【0173】一方比較のため、(A)合金粉と同様な方
法で溶湯急冷合金を調製し、熱処理しないで200メッ
シュ以下に分級した合金粉末を(M)合金粉とした。
On the other hand, for comparison, a melt-quenched alloy was prepared in the same manner as the (A) alloy powder, and the alloy powder classified to 200 mesh or less without heat treatment was used as the (M) alloy powder.

【0174】上記各合金粉(A)〜(L)の熱処理後に
おける組成および熱処理しない合金粉(M)の組成を下
記表2に示す。
Table 2 below shows the composition of each of the alloy powders (A) to (L) after the heat treatment and the composition of the alloy powder (M) not subjected to the heat treatment.

【0175】[0175]

【表2】 [Table 2]

【0176】表2に示す結果から明らかなように、熱処
理を実施しない合金粉(M)は、ほぼ所望の組成を示し
た。また、150〜500℃の温度範囲で熱処理を実施
した合金粉(A)〜(G)および(J)〜(L)では大
きな組成変動は認められなかった。一方、合金粉(H)
および(I)では熱処理温度が高かったため、蒸発し易
い希土類元素およびマンガン(Mn)の減量がやや多
く、組成変動が大きくなった。このように高温度での熱
処理は合金組成を変え易くなるため、熱処理温度は、低
温度領域で実施することが望ましい。
As is clear from the results shown in Table 2, the alloy powder (M) which was not heat-treated showed almost the desired composition. Further, in the alloy powders (A) to (G) and (J) to (L) which were heat-treated in the temperature range of 150 to 500 ° C, no large compositional change was observed. On the other hand, alloy powder (H)
In (1) and (I), since the heat treatment temperature was high, the amount of the rare earth element and manganese (Mn), which easily evaporate, was slightly reduced, and the composition variation was large. Thus, the heat treatment at a high temperature tends to change the alloy composition, so that it is desirable to carry out the heat treatment at a low temperature region.

【0177】次に調製した(A)〜(M)粉のいずれか
と、PTFE粉末と、カーボン粉末とをそれぞれ重量%
で95.5%、4.0%、0.5%になるように秤量
後、混練して各電極シートを作成した。電極シートを所
定の大きさに切り出してニッケル製集電体に圧着し、水
素吸蔵合金電極を作成した。ここで合金粉(A)〜
(M)から作成した電極をそれぞれ電極(A)〜(M)
とした。
Next, any of the prepared (A) to (M) powders, PTFE powder, and carbon powder were respectively added by weight%.
Was weighed so as to be 95.5%, 4.0%, and 0.5%, and kneaded to prepare each electrode sheet. The electrode sheet was cut into a predetermined size and pressed onto a nickel current collector to prepare a hydrogen storage alloy electrode. Alloy powder (A)
The electrodes created from (M) are electrodes (A) to (M), respectively.
And

【0178】そして、各水素吸蔵合金電極(A)〜
(M)について、合金1g当り220mAの電流値(2
20mA/g)で300mAh/gまで充電した後に、
上記電流値でHg/HgO参照電極に対して−0.5V
の電位差になるまで放電させたときの最大電極容量を測
定して表3に示す結果を得た。
Then, the hydrogen storage alloy electrodes (A) to
For (M), current value of 220 mA / g of alloy (2
After charging up to 300 mAh / g at 20 mA / g),
-0.5V with respect to the Hg / HgO reference electrode at the above current value
The maximum electrode capacity when discharged until the potential difference was measured was obtained and the results shown in Table 3 were obtained.

【0179】一方、水酸化ニッケル90重量%と一酸化
コバルト10重量%とに少量のCMC(カルボキシメチ
ルセルロース)と水とを添加し撹拌混合してペーストを
調製した。このペーストを、三次元構造を有するニッケ
ル多孔体に充填乾燥後、ローラプレスによって圧延する
ことによりニッケル極を製造した。
On the other hand, a small amount of CMC (carboxymethyl cellulose) and water were added to 90% by weight of nickel hydroxide and 10% by weight of cobalt monoxide, and the mixture was stirred and mixed to prepare a paste. This paste was filled into a nickel porous body having a three-dimensional structure, dried, and then rolled by a roller press to produce a nickel electrode.

【0180】そして上記各水素吸蔵合金電極(A)〜
(M)とニッケル極とを組み合わせてAA型(単三型)
ニッケル水素電池を組み立てた。ここで上記合金電極
(A)を負極として使用した電池を電池(A)とし、以
下同様に電池(B)〜(M)とした。ここで各電池の容
量はニッケル極の理論容量である650mAhとなるよ
うに設定し、電解液としては、7規定の水酸化カリウム
と1規定の水酸化リチウムとの混合水溶液を使用した。
Then, each of the hydrogen storage alloy electrodes (A) to
AA type (AA type) by combining (M) and nickel electrode
A nickel metal hydride battery was assembled. Here, a battery using the alloy electrode (A) as a negative electrode is referred to as a battery (A), and hereinafter, similarly to batteries (B) to (M). Here, the capacity of each battery was set to 650 mAh, which is the theoretical capacity of the nickel electrode, and a mixed aqueous solution of 7N potassium hydroxide and 1N lithium hydroxide was used as the electrolytic solution.

【0181】次に各電池(A)〜(M)について、65
0mAで1.5時間充電後、電池電圧が1Vになるまで
1Aの電流で放電する充放電サイクルを繰り返し、電池
容量が初期容量の80%になるまでのサイクル数を電池
寿命として測定し、下記表3に示す結果を得た。
Next, regarding each of the batteries (A) to (M), 65
After charging at 0 mA for 1.5 hours, the charge / discharge cycle of discharging with a current of 1 A was repeated until the battery voltage became 1 V, and the number of cycles until the battery capacity reached 80% of the initial capacity was measured as the battery life. The results shown in Table 3 were obtained.

【0182】[0182]

【表3】 [Table 3]

【0183】表3に示す結果から明らかなように、熱処
理を実施した合金粉を使用すると、合金電極(A),
(C)〜(G),(K)〜(L)に示されるように、い
ずれもより高い電極容量が得られた。また寿命特性にお
いても、熱処理を実施した合金粉を使用した電池
(A),(C)〜(G),(K)〜(L)は650〜7
94サイクルと,より特性を向上できることが確認され
た。
As is clear from the results shown in Table 3, when the heat-treated alloy powder was used, the alloy electrode (A),
As shown in (C) to (G) and (K) to (L), higher electrode capacitances were obtained in all cases. Also in terms of life characteristics, the batteries (A), (C) to (G), and (K) to (L) using the heat-treated alloy powder have 650 to 7
It was confirmed that the characteristics could be further improved with 94 cycles.

【0184】これらの現象は以下の機構によって達成さ
れたものと推定される。すなわち、合金電極(A),
(C)〜(G),(K)〜(L)では、熱処理が有効に
作用して合金組織中の微小な結晶歪が除去された。この
ため合金の単位重量当りの水素吸蔵能が向上した。従っ
て、熱処理を実施しない合金電極(M)よりも電極容量
が大幅に増加した。さらに、水素吸蔵・放出時の応力が
減少し、これらの合金電極を使用した電池の寿命特性も
大幅に改善された。特に250〜350℃の温度範囲で
1時間以上熱処理した合金粉(A)(D)(E)(K)
(L)を使用した場合に特に改善効果が大きくなること
が実証された。
These phenomena are presumed to have been achieved by the following mechanism. That is, the alloy electrode (A),
In (C) to (G) and (K) to (L), the heat treatment effectively acted to remove the minute crystal strain in the alloy structure. Therefore, the hydrogen storage capacity per unit weight of the alloy was improved. Therefore, the electrode capacity was significantly increased as compared with the alloy electrode (M) which was not heat-treated. Furthermore, the stress at the time of hydrogen absorption and desorption was reduced, and the life characteristics of batteries using these alloy electrodes were also greatly improved. In particular, alloy powder (A) (D) (E) (K) heat-treated for 1 hour or more in the temperature range of 250 to 350 ° C.
It was proved that the improvement effect was particularly large when (L) was used.

【0185】一方合金粉(B)の場合は、熱処理温度が
150℃と低く、また合金粉(J)の場合は熱処理時間
が0.5時間と短いため、いずれも結晶歪の除去が不充
分であり、熱処理を実施していない合金粉(M)とほぼ
同等の電極容量および電池寿命しか得られなかった。
On the other hand, in the case of the alloy powder (B), the heat treatment temperature was as low as 150 ° C., and in the case of the alloy powder (J), the heat treatment time was as short as 0.5 hours. Therefore, the electrode capacity and the battery life almost equal to those of the alloy powder (M) not subjected to the heat treatment were obtained.

【0186】また合金粉(H)および(I)の場合は、
熱処理温度が550〜600℃と高過ぎたため、揮発性
が高いMnや希土類元素の減量による、合金組成の変動
および二次再結晶化による合金強度の低下が発生し、電
極容量および電池寿命が共に低下した。
For alloy powders (H) and (I),
Since the heat treatment temperature was too high at 550 to 600 ° C., the amount of highly volatile Mn and rare earth elements decreased, and the alloy composition fluctuated and the alloy strength decreased due to secondary recrystallization. Fell.

【0187】実施例11 実施例10と同様の溶湯急冷法により、Mn添加量xを
変化させた各種溶湯急冷合金を調製した。溶湯急冷合金
の組成式はLmNi4.3-x Co0.4 Mnx Al0.3 であり、Mn添
加量xを0,0.1,0.3,0.5,0.8,1.2
と変化させた。またLmはLa富化ミッシュメタルであ
り、実施例10と同一のものを使用した。得られた溶湯
急冷合金を熱処理せずに、そのまま使用し、合金電極を
形成し、さらにこの合金電極とニッケル電極と組み合わ
せて電池を調製し、その電極容量および電池寿命を測定
した。
Example 11 Various melt-quenched alloys having different Mn addition amounts x were prepared by the same melt-quenching method as in Example 10. The composition formula of the melt-quenched alloy is LmNi 4.3-x Co 0.4 Mn x Al 0.3 , and the Mn addition amount x is 0, 0.1, 0.3 , 0.5 , 0.8 , 1.2.
I changed it. Further, Lm is La-rich misch metal, and the same one as in Example 10 was used. The obtained melt-quenched alloy was used as it was without heat treatment to form an alloy electrode, and a battery was prepared by combining this alloy electrode and a nickel electrode, and the electrode capacity and the battery life were measured.

【0188】さらに各合金について、実施例10におい
て最も効果があった熱処理条件(Arガス雰囲気で温度3
00℃で4時間加熱する)で熱処理した。以下実施例1
0と同様に各種水素吸蔵合金電極およびAA型ニッケル
水素電池を調製し、その電極容量および電池寿命を測定
した。なお電極容量測定法および電池寿命の測定法は、
実施例10と同様に行った。
Further, for each alloy, the heat treatment conditions that were most effective in Example 10 (temperature 3 in Ar gas atmosphere) were obtained.
Heated at 00 ° C. for 4 hours). Example 1 below
Various hydrogen storage alloy electrodes and AA type nickel hydrogen batteries were prepared in the same manner as in Example 0, and the electrode capacity and the battery life were measured. The electrode capacity measurement method and the battery life measurement method are
The same procedure as in Example 10 was performed.

【0189】一方比較例として溶湯急冷法ではなく溶解
鋳造法によって調製し、LmNi4.0 Co0.4 Mn0.3
Al0.3 の組成を有する水素吸蔵合金インゴットを使用
して同一仕様の電極および電池を製作して、同様に電極
容量および電池寿命を測定して下記表4に示す結果を得
た。
On the other hand, as a comparative example, LmNi 4.0 Co 0.4 Mn 0.3 was prepared by the melt casting method instead of the melt quenching method.
An electrode and a battery having the same specifications were manufactured using a hydrogen storage alloy ingot having a composition of Al 0.3 , and similarly, the electrode capacity and the battery life were measured and the results shown in Table 4 below were obtained.

【0190】[0190]

【表4】 [Table 4]

【0191】表4に示す結果から明らかなように、Mn
を含有しない合金組成では、熱処理の効果は小さい。一
方Mnを含有した合金組成では、電極容量および電池寿
命ともに大幅な改善効果が得られた。しかしながらMn
の添加比率が1を超え1.2になると、電池寿命が急激
に低下し、従来の溶解鋳造合金インゴットと溶湯急冷合
金との特性上の有意差がなくなってしまった。
As is clear from the results shown in Table 4, Mn
The effect of heat treatment is small in the alloy composition not containing. On the other hand, with the alloy composition containing Mn, a significant improvement effect was obtained in both electrode capacity and battery life. However, Mn
When the addition ratio of 1 exceeded 1.2 and became 1.2, the battery life was drastically reduced, and there was no significant difference in characteristics between the conventional melt-cast alloy ingot and the melt-quenched alloy.

【0192】一方、溶解鋳造合金インゴットにおいて
は、構成成分の偏析が結晶組織の広い範囲に発生してい
るため、本実施例方法で規定する熱処理条件(300℃
で4時間加熱)では合金の均質化が起らなかった。従っ
て熱処理による効果がほとんど現われず、電池特性の改
善は困難であった。
On the other hand, in the melt cast alloy ingot, segregation of the constituents occurs in a wide range of the crystal structure. Therefore, the heat treatment conditions (300 ° C.) specified in the method of this embodiment are used.
After heating for 4 hours), homogenization of the alloy did not occur. Therefore, the effect of the heat treatment hardly appeared, and it was difficult to improve the battery characteristics.

【0193】実施例12 実施例11と同様な溶湯急冷処理法により、Mn添加量
を変化させた6種類の溶湯急冷合金を調製した。溶湯急
冷合金の組成はLmNi4.3-x Co0.4 MnxCr0.3
であり、Mn添加量xはそれぞれ0,0.1,0.3,
0.5,0.8,1.2とした。
Example 12 Six kinds of melt-quenched alloys having different Mn addition amounts were prepared by the same melt-quenching treatment method as in Example 11. The composition of the melt-quenched alloy is LmNi 4.3-x Co 0.4 Mn x Cr 0.3.
And the Mn addition amount x is 0, 0.1, 0.3,
It was set to 0.5, 0.8 and 1.2.

【0194】一方比較例として溶解鋳造法によって調製
した組成LmNi4.0 Co0.4Mn0.3 Cr0.3 の水素
吸蔵合金インゴットを用意した。
On the other hand, as a comparative example, a hydrogen storage alloy ingot having a composition of LmNi 4.0 Co 0.4 Mn 0.3 Cr 0.3 prepared by a melting casting method was prepared.

【0195】そして上記各種溶湯急冷合金および水素吸
蔵合金インゴットを使用して実施例11と同様に合金電
極およびAA型ニッケル水素電池を製作し、その電極容
量および電池寿命を測定した。
Then, an alloy electrode and an AA type nickel-hydrogen battery were manufactured in the same manner as in Example 11 by using the various molten metal quench alloys and the hydrogen storage alloy ingots, and the electrode capacity and the battery life were measured.

【0196】さらに上記各種溶湯急冷合金および水素吸
蔵合金インゴットについて、実施例10において最も効
果が高かった熱処理条件(300℃、4時間、Ar雰囲
気中)で熱処理した。そして熱処理した各種合金を使用
して水素吸蔵合金電極およびAA型ニッケル水素電池を
製作し、実施例10と同様な測定方法によって電極容量
および電池寿命を測定して下記表5に示す結果を得た。
Further, the various molten alloy quench alloys and hydrogen storage alloy ingots were heat-treated under the heat treatment conditions (300 ° C., 4 hours, Ar atmosphere) which had the highest effect in Example 10. Then, a hydrogen storage alloy electrode and an AA type nickel-hydrogen battery were manufactured using various heat-treated alloys, and the electrode capacity and battery life were measured by the same measurement method as in Example 10 to obtain the results shown in Table 5 below. .

【0197】[0197]

【表5】 [Table 5]

【0198】表5に示す結果から明らかなように、Mn
を含有しない合金組成においては熱処理による電池特性
の改善効果がほとんど現われていない。一方Mnの添加
量xが0.1≦x≦1の範囲の合金組成においては、熱
処理による電極容量の増加および電池の長寿命化が達成
された。
As is clear from the results shown in Table 5, Mn
In the alloy composition not containing Al, the effect of improving the battery characteristics by the heat treatment is hardly exhibited. On the other hand, in the alloy composition in which the added amount x of Mn was in the range of 0.1 ≦ x ≦ 1, the increase of the electrode capacity and the prolongation of the battery life were achieved by the heat treatment.

【0199】しかしながら、Mn添加量xが1を超える
と、実施例11の場合と同様に電池寿命が、鋳造合金イ
ンゴットを使用した場合と同程度まで低下することが確
認された。
However, it was confirmed that when the Mn addition amount x exceeds 1, the battery life is reduced to the same extent as when the cast alloy ingot is used, as in the case of Example 11.

【0200】実施例13 実施例11と同様な溶湯急冷処理法により、Cu添加量
xを変化させた5種類の溶湯急冷合金を調製した。溶湯
急冷合金の組成は、LmNi4.5-x Mn0.5Cux であ
り、Cu添加量xは、それぞれ0,0.3,0.5,
0.8,1.2とした。
Example 13 Five kinds of melt-quenched alloys having different Cu addition amounts x were prepared by the same melt-quenching treatment method as in Example 11. The composition of the melt-quenched alloy was LmNi 4.5-x Mn 0.5 Cu x , and the Cu addition amounts x were 0, 0.3, 0.5, and
It was set to 0.8 and 1.2.

【0201】一方比較例として溶解鋳造法によって調製
した組成LmNi4.2 Mn0.5Cu0.3 の水素吸蔵合金
インゴットを用意した。
On the other hand, as a comparative example, a hydrogen storage alloy ingot having the composition LmNi 4.2 Mn 0.5 Cu 0.3 prepared by the melting casting method was prepared.

【0202】そして上記各種溶湯急冷合金および水素吸
蔵合金インゴットを使用して実施例11と同様に合金電
極およびAA型ニッケル水素電池を製作し、その電極容
量および電池寿命を測定した。
Then, an alloy electrode and an AA type nickel-hydrogen battery were manufactured in the same manner as in Example 11 by using the various molten metal quench alloys and hydrogen storage alloy ingots, and the electrode capacity and battery life were measured.

【0203】さらに上記溶湯急冷合金および水素吸蔵合
金インゴットについて、Arガス雰囲気中で温度300
℃で4時間熱処理した。そして熱処理した各種合金を使
用して水素吸蔵合金電極およびAA型ニッケル水素電池
を製作し、実施例10と同様な測定方法によって、電極
容量および電池寿命を測定して、下記表6に示す結果を
得た。
Further, the molten alloy quench alloy and the hydrogen storage alloy ingot were heated at a temperature of 300 in an Ar gas atmosphere.
It heat-processed at 4 degreeC. Then, a hydrogen storage alloy electrode and an AA type nickel-hydrogen battery were produced using the various heat-treated alloys, the electrode capacity and the battery life were measured by the same measurement method as in Example 10, and the results shown in Table 6 below were obtained. Obtained.

【0204】[0204]

【表6】 [Table 6]

【0205】表6に示す結果において、熱処理の有無に
よって大きな作用効果を示すMnの添加量が一定である
ため、実施例13に係る合金電極および電池の特性変化
は、実施例10〜12と比較して小さい。しかしながら
全体の傾向から、熱処理を実施することにより電極容量
および電池寿命が共に増大する傾向が確認できた。
In the results shown in Table 6, since the addition amount of Mn, which has a large effect depending on the presence or absence of heat treatment, is constant, the change in the characteristics of the alloy electrode and the battery according to Example 13 is compared with those of Examples 10 to 12. And small. However, from the overall tendency, it was confirmed that the electrode capacity and the battery life were both increased by performing the heat treatment.

【0206】またCuの添加量の増加に伴って電極容量
が低下し、特に添加量が1以上になると急激な容量低下
が発生する傾向が確認された。また添加量が1を超える
と急激に短寿命になることも確認された。
Further, it was confirmed that the electrode capacity decreased with an increase in the added amount of Cu, and especially when the added amount was 1 or more, a rapid decrease in the capacity was observed. It was also confirmed that if the addition amount exceeds 1, the life becomes sharply short.

【0207】以上の実施例10〜13に係る電池用水素
吸蔵合金によれば、Mnを必須の成分元素として含有す
る所定組成の合金溶湯を急冷処理して調製しているた
め、偏析が少なく、高電極容量で長寿命の合金電極およ
び電池を形成することができる。
According to the hydrogen storage alloys for batteries according to Examples 10 to 13 described above, since the molten alloy having a predetermined composition containing Mn as an essential component element was prepared by quenching, segregation was small, Alloy electrodes and batteries with high electrode capacity and long life can be formed.

【0208】特に上記溶湯急冷合金をさらに200〜5
00℃の温度範囲で、より望ましくは200〜350℃
の低温度範囲で1時間以上熱処理することにより、合金
の均質性を保持しながら内部歪を除去することが可能と
なる。従ってより優れた電池特性を有するニッケル水素
電池を提供することができる。
In particular, the melt-quenched alloy is further added to 200 to 5
In the temperature range of 00 ° C, more preferably 200 to 350 ° C
By heat-treating for 1 hour or more in the low temperature range of 1, the internal strain can be removed while maintaining the homogeneity of the alloy. Therefore, it is possible to provide a nickel-hydrogen battery having more excellent battery characteristics.

【0209】実施例1A〜9A 実施例1〜9において単ロール法によって調製した各溶
湯急冷合金に対して、さらにArガス雰囲気中で温度3
00℃で4時間熱処理して水素吸蔵合金を製造した以外
は、実施例1〜9と同一条件で処理して、それぞれ実施
例1A〜9Aに係る水素吸蔵合金電極を調製した。さら
に各水素吸蔵合金電極(負極)とニッケル電極(正極)
とを組み合わせてAA型ニッケル水素電極を製造した。
Examples 1A to 9A Each of the melt-quenched alloys prepared by the single roll method in Examples 1 to 9 was further heated at a temperature of 3 in an Ar gas atmosphere.
Hydrogen storage alloy electrodes according to Examples 1A to 9A were prepared by treating under the same conditions as in Examples 1 to 9 except that the hydrogen storage alloy was produced by heat treatment at 00 ° C for 4 hours. Furthermore, each hydrogen storage alloy electrode (negative electrode) and nickel electrode (positive electrode)
Was combined to produce an AA-type nickel metal hydride electrode.

【0210】以下実施例1等と同一条件で水素吸蔵合金
の柱状晶の面積割合、柱状晶の短径、最大電極容量、寿
命(充放電サイクル数)、初期電極特性の立上り(活性
回数)を測定して下記表7に示す結果を得た。
Under the same conditions as in Example 1, the area ratio of the columnar crystals of the hydrogen storage alloy, the minor axis of the columnar crystals, the maximum electrode capacity, the life (the number of charge / discharge cycles), and the rise of the initial electrode characteristics (the number of activations) were determined. It measured and obtained the result shown in the following table 7.

【0211】[0211]

【表7】 [Table 7]

【0212】表7に示す結果から明らかなように300
℃という比較的低温度で熱処理した各実施例の水素吸蔵
合金では、均質性を損うことなく、結晶歪が効果的に是
正されるため、水素の吸蔵放出が容易になる。従って、
単に溶湯急冷したのみの表1に示す各水素吸蔵合金を使
用した電池と比較して、電極容量および電池寿命が大幅
に改善されることが実証された。特に電極容量は10%
程度増加した。
As is clear from the results shown in Table 7, 300
In the hydrogen storage alloys of the respective examples which are heat-treated at a relatively low temperature of ° C, the crystal strain is effectively corrected without impairing the homogeneity, so that the hydrogen storage / release is facilitated. Therefore,
It was proved that the electrode capacity and the battery life were significantly improved as compared with the batteries using the hydrogen storage alloys shown in Table 1 which were simply melt-quenched. Especially the electrode capacity is 10%
Increased.

【0213】比較例1A〜1D 直径100mmの鉄製の冷却ロール2個を対向配置した図
2に示すような双ロール装置を使用して、合金溶湯を急
冷処理して最終的にMm Ni3.55 Mn0.4Al0.3
Co0.75なる組成を有する比較例1A〜1Dに係る水
素吸蔵合金を調製した。なお冷却ロールの回転数はそれ
ぞれ1500rpm(比較例1A),2000rpm
(比較例1B),2500rpm(比較例1C),30
00rpm(比較例1D)に設定した。
Comparative Examples 1A to 1D Using a twin roll device as shown in FIG. 2 in which two cooling rolls made of iron having a diameter of 100 mm are opposed to each other, the alloy melt is quenched and finally Mm Ni 3.55 Mn 0.4. Al 0.3
Hydrogen storage alloys according to Comparative Examples 1A to 1D having a composition of Co 0.75 were prepared. The rotation speeds of the cooling rolls are 1500 rpm (Comparative Example 1A) and 2000 rpm, respectively.
(Comparative Example 1B), 2500 rpm (Comparative Example 1C), 30
It was set to 00 rpm (Comparative Example 1D).

【0214】比較例2A〜2D,3A,3B 直径300mmの銅製の冷却ロールを有する単ロール装置
を使用して、合金溶湯を急冷処理して最終的に表8に示
す組成を有する比較例2A〜2D,3A〜3Bに係る水
素吸蔵合金を調製した。また冷却ロールの回転数はそれ
ぞれ1000rpm(比較例2A),1500rpm
(比較例2B),2000rpm(比較例2B′および
2C),2500rpm(比較例2D),200rpm
(比較例3A),200rpm(比較例3B)に設定し
た。なお、急冷処理は、1気圧のArガス雰囲気で実施
し、合金溶湯を射出する射出ノズル先端と冷却ロールと
の間隔は50mm、射出圧力は0.1kgf/cm2 とした。
Comparative Examples 2A to 2D, 3A, and 3B Comparative alloys 2A to 3D having a composition finally shown in Table 8 were obtained by quenching the molten alloy using a single roll apparatus having a cooling roll made of copper having a diameter of 300 mm. Hydrogen storage alloys according to 2D and 3A to 3B were prepared. The rotation speeds of the cooling rolls are 1000 rpm (Comparative Example 2A) and 1500 rpm, respectively.
(Comparative Example 2B), 2000 rpm (Comparative Examples 2B 'and 2C), 2500 rpm (Comparative Example 2D), 200 rpm
(Comparative Example 3A) and 200 rpm (Comparative Example 3B) were set. The quenching treatment was carried out in an Ar gas atmosphere of 1 atm, the distance between the tip of the injection nozzle for injecting the molten alloy and the cooling roll was 50 mm, and the injection pressure was 0.1 kgf / cm 2 .

【0215】比較例4〜6 直径300mmの銅製の冷却ロールを有する単ロール装置
を使用して、合金溶湯を急冷処理し、最終的に表8に示
す組成を有する比較例4〜6に係る水素吸蔵合金をそれ
ぞれ調製した。なお上記急冷処理は、1気圧のArガス
雰囲気中で実施し、合金溶湯の射出ノズル先端と冷却ロ
ールとの間隙は50mm、射出圧力は0.02kgf/cm2
冷却ロールの回転数は1000rpmに設定した。
[0215] Using a single roll apparatus having a copper cooling roll of Comparative Example 4-6 in diameter 300 mm, and quenching the alloy melt, and finally hydrogen according to Comparative Examples 4 to 6 having the composition shown in Table 8 Each occlusion alloy was prepared. The quenching treatment was performed in an Ar gas atmosphere at 1 atm, the gap between the tip of the molten alloy injection nozzle and the cooling roll was 50 mm, the injection pressure was 0.02 kgf / cm 2 ,
The rotation speed of the cooling roll was set to 1000 rpm.

【0216】なお合金溶湯を調製する坩堝として、それ
ぞれカルシア製坩堝(比較例4),アルミナ製坩堝(比
較例5)および石英製坩堝(比較例6)を使用した。
As a crucible for preparing the molten alloy, a calcia crucible (Comparative Example 4), an alumina crucible (Comparative Example 5) and a quartz crucible (Comparative Example 6) were used, respectively.

【0217】比較例7A〜7D 直径300mmのセラミックス溶射ロールを有する単ロー
ル装置を使用して、合金溶湯を急冷処理し、最終的にL
m Ni4.2 Co0.2 Mn0.3 Al0.3の組成を
有する比較例7A〜7Dに係る水素吸蔵合金をそれぞれ
調製した。なお上記急冷処理は、1気圧のArガス雰囲
気中で実施し、合金溶湯の射出ノズル先端と冷却ロール
との間隙は50mm、射出圧力は0.1kgf/cm2 に設定し
た。またセラミックス溶射ロールの回転数は、それぞれ
1000rpm(比較例7A),1500rpm(比較
例7B),2000rpm(比較例7C),2500r
pm(比較例7D)に設定した。
Comparative Examples 7A to 7D Using a single roll device having a ceramics spraying roll having a diameter of 300 mm, the molten alloy was quenched, and finally L
Hydrogen storage alloys according to Comparative Examples 7A to 7D each having a composition of m Ni 4.2 Co 0.2 Mn 0.3 Al 0.3 were prepared. The rapid cooling treatment was performed in an Ar gas atmosphere at 1 atm, and the gap between the tip of the molten alloy injection nozzle and the cooling roll was set to 50 mm and the injection pressure was set to 0.1 kgf / cm 2 . The rotation speeds of the ceramic spray rolls are 1000 rpm (Comparative Example 7A), 1500 rpm (Comparative Example 7B), 2000 rpm (Comparative Example 7C) and 2500 r, respectively.
pm (Comparative Example 7D).

【0218】比較例8A〜9B 直径200mmの銅製の冷却ロールを有する単ロール装置
を使用して、合金溶湯を急冷処理し、最終的に表9に示
す組成を有する比較例8A〜9Bに係る水素吸蔵合金を
それぞれ調整した。なお上記急冷処理は、1気圧のAr
ガス雰囲気中で実施し、合金溶湯の射出ノズル先端と冷
却ロールとの間隙は50mm、射出圧力は100mmH
2 O,冷却ロールの回転数は、それぞれ2000rpm
(比較例8A),2500rpm(比較例8B),20
00rpm(比較例9A),2500rpm(比較例9
B)に設定した。
Comparative Examples 8A to 9B The molten alloys were rapidly cooled using a single roll apparatus having a cooling roll made of copper and having a diameter of 200 mm, and finally the hydrogen according to Comparative Examples 8A to 9B having the composition shown in Table 9 was used. Each occlusion alloy was adjusted. In addition, the above-mentioned quenching treatment is performed at 1 atm of Ar.
Performed in a gas atmosphere, the gap between the tip of the molten alloy injection nozzle and the cooling roll is 50 mm, and the injection pressure is 100 mmH.
2 O, the rotation speed of the cooling roll is 2000 rpm respectively
(Comparative Example 8A), 2500 rpm (Comparative Example 8B), 20
00 rpm (Comparative Example 9A), 2500 rpm (Comparative Example 9)
B).

【0219】比較例10〜13 合金インゴットの組成がそれぞれMm Ni3.0 Co
1.4 Al0.6 (比較例10)、Mm Ni3.2 Co
1.1 Al0.7 (比較例11)、Mm Ni3.5Co0.7
Al0.8 (比較例12)、Mm Ni3.7 Co0 4
Al0.9 (比較例13)となるように調整した水素吸
蔵合金粉末原料をアルミナ製坩堝内に投入し、高周波加
熱により1400℃で溶解して合金溶湯を調製した。次
に合金溶湯を鋼製の水冷鋳型内へ流し込み凝固させて、
それぞれ比較例10〜13に係る水素吸蔵合金インゴッ
トを製造した。
Comparative Examples 10 to 13 The alloy ingots each have a composition of Mm Ni 3.0 Co.
1.4 Al 0.6 (Comparative Example 10), Mm Ni 3.2 Co
1.1 Al 0.7 (Comparative Example 11), Mm Ni 3.5 Co 0.7
Al 0.8 (Comparative Example 12), Mm Ni 3.7 Co 0 4
A hydrogen storage alloy powder raw material adjusted to have Al 0.9 (Comparative Example 13) was put into an alumina crucible and melted at 1400 ° C. by high frequency heating to prepare an alloy melt. Next, the molten alloy is poured into a steel water-cooled mold and solidified,
The hydrogen storage alloy ingots according to Comparative Examples 10 to 13 were manufactured.

【0220】比較例14A〜14B 合金インゴットの組成がMm Ni3.55 Co0.75
0.4 Al0.3 となるように調製した水素吸蔵合金粉
末原料をムライト製坩堝内に投入し、坩堝外周に配設し
た高周波誘導加熱コイルにより1500℃に加熱して溶
解し、合金溶湯を調製した。次に得られた合金溶湯を銅
製の水冷鋳型へ鋳込み、鋳型面間隔55mm(比較例14
A)、同35mm(比較例14B)、鋳造速度3kg/秒/
2 で合金インゴットを調製した。さらに得られた合金
インゴットをアルゴンガス雰囲気にて1050℃で6時
間の熱処理を行ない、それぞれ比較例14A〜14Bに
係る水素吸蔵合金を調製した。
Comparative Examples 14A to 14B The composition of the alloy ingot is Mm Ni 3.55 Co 0.75 M.
A hydrogen storage alloy powder raw material prepared to have n 0.4 Al 0.3 was put into a mullite crucible and heated to 1500 ° C. by a high frequency induction heating coil arranged on the outer periphery of the crucible to melt to prepare an alloy melt. Next, the obtained molten alloy was cast into a water-cooled mold made of copper, and the mold surface interval was 55 mm (Comparative Example 14
A), the same 35 mm (Comparative Example 14B), casting speed 3 kg / sec /
An alloy ingot was prepared at m 2 . Further, the obtained alloy ingot was heat-treated at 1050 ° C. for 6 hours in an argon gas atmosphere to prepare hydrogen storage alloys according to Comparative Examples 14A to 14B.

【0221】比較例15〜20 比較例15,16,18〜20として、合金インゴット
の組成が、表9に示す値となるように調整した水素吸蔵
合金粉末原料をアルミナ製坩堝内に投入し、高周波加熱
により1400℃に加熱して合金溶湯を調製した。なお
比較例17ではアーク溶解法によって合金溶湯を調製し
た。次に得られた各合金溶湯を鉄製の水冷鋳型へ鋳込
み、凝固させて比較例15〜20に係る水素吸蔵合金イ
ンゴットを調製した。さらに比較例16の水素吸蔵合金
インゴットに対しては、さらに、Arガス雰囲気中で10
00℃、6時間の熱処理を実施した。
Comparative Examples 15 to 20 As Comparative Examples 15, 16 and 18 to 20 , hydrogen absorbing alloy powder raw materials adjusted so that the composition of the alloy ingot has the values shown in Table 9 were put into an alumina crucible, A molten alloy was prepared by heating to 1400 ° C. by high frequency heating. In Comparative Example 17, a molten alloy was prepared by the arc melting method. Next, the obtained alloy melts were cast into a water-cooled iron mold and solidified to prepare hydrogen storage alloy ingots according to Comparative Examples 15 to 20. Furthermore, the hydrogen storage alloy ingot of Comparative Example 16 was further processed in an Ar gas atmosphere at 10
Heat treatment was carried out at 00 ° C. for 6 hours.

【0222】こうして得られた比較例1A〜20に係る
溶湯急冷合金または水素吸蔵合金をスタンプミルを用い
て粉砕し、200メッシュ以下に分級したものを電池用
水素吸蔵合金粉末として用意した。以下、各電池用水素
吸蔵合金粉末を使用して実施例1と同様な手順で水素吸
蔵合金電極(負極)を作成し、ニッケル極(正極)と組
み合せてAA型ニッケル水素電池を組み立てた。そして
実施例1と同様な測定方法に従って電極容量、充放電サ
イクル数(寿命)および活性回数を測定して、下記の表
8,9に示す結果を得た。
The melt-quenched alloys or hydrogen storage alloys of Comparative Examples 1A to 20 thus obtained were crushed using a stamp mill and classified to 200 mesh or less to prepare hydrogen storage alloy powders for batteries. Hereinafter, a hydrogen storage alloy electrode (negative electrode) was prepared in the same procedure as in Example 1 using the hydrogen storage alloy powder for each battery, and was combined with a nickel electrode (positive electrode) to assemble an AA type nickel hydrogen battery. Then, the electrode capacity, the number of charge / discharge cycles (lifetime) and the number of activations were measured according to the same measurement method as in Example 1, and the results shown in Tables 8 and 9 below were obtained.

【0223】[0223]

【表8】 [Table 8]

【0224】[0224]

【表9】 [Table 9]

【0225】表8および表9に示す結果から明らかなよ
うに比較例1A〜20に示す水素吸蔵合金においては、
いずれも金属組織における柱状晶の面積割合が、表1お
よび表7に示す実施例のものと比較して小さくなってい
る。したがって、この合金を使用した電極の電極容量も
低く、充放電サイクル数で示す電池寿命も低いことが確
認できた。
As is clear from the results shown in Tables 8 and 9, in the hydrogen storage alloys shown in Comparative Examples 1A to 20,
In both cases, the area ratio of the columnar crystals in the metal structure is smaller than that in the examples shown in Tables 1 and 7. Therefore, it was confirmed that the electrode using this alloy had a low electrode capacity and the battery life indicated by the number of charge / discharge cycles was also short.

【0226】また比較例の電極において、最大電極容量
を得るまでに必要な充放電サイクル数(活性回数)は5
〜9回であり、実施例の2〜3の2倍以上となってお
り、電極の初期立上り性も低いことが確認された。
In the electrode of the comparative example, the number of charge / discharge cycles (the number of activations) required to obtain the maximum electrode capacity was 5
It was confirmed that the number of times was up to 9 times, which was more than twice that of Examples 2 to 3, and the initial rising property of the electrode was also low.

【0227】特に実施例と同様にMnを添加した比較例
1A〜1D,2A〜2D,3A〜3B,7A〜7Dに係
る水素吸蔵合金においても柱状晶の成長が充分ではな
く、等軸晶組織の割合が多くなるものがあり、表1およ
び表7に示す実施例と比較して電池特性は低下した。
Particularly in the hydrogen storage alloys of Comparative Examples 1A to 1D, 2A to 2D, 3A to 3B, and 7A to 7D in which Mn was added as in the examples, the growth of columnar crystals was not sufficient and the equiaxed crystal structure In some cases, the battery characteristics were lower than those of the examples shown in Tables 1 and 7.

【0228】図27は上記比較例7Bに係る水素吸蔵合
金の破断面の金属組織を示す電子顕微鏡(SEM)写真
である。図27において、破断面の下部が冷却ロールに
当接していた冷却面であり、上部が自由面である。冷却
面から自由面方向に向って柱状晶が成長している一方、
自由面に近い部分は冷却速度が不充分であったため、等
軸晶組織が形成されている。全結晶組織のうち、柱状晶
が占める面積割合は50%以下となっている。
FIG. 27 is an electron microscope (SEM) photograph showing the metal structure of the fracture surface of the hydrogen storage alloy according to Comparative Example 7B. In FIG. 27, the lower part of the fracture surface is the cooling surface that was in contact with the cooling roll, and the upper part is the free surface. While columnar crystals are growing from the cooling surface toward the free surface,
Since the cooling rate was insufficient in the portion close to the free surface, an equiaxed crystal structure was formed. The area ratio occupied by columnar crystals is 50% or less in the entire crystal structure.

【0229】またMnを添加しない比較例4,5,6,
8A〜9Bに係る水素吸蔵合金を使用した電池において
は、電極容量が200〜225mAh/g程度であり、
また、電池寿命が300〜400サイクル台と低迷し
た。
Comparative Examples 4, 5, 6 in which Mn is not added
In the battery using the hydrogen storage alloy according to 8A to 9B, the electrode capacity is about 200 to 225 mAh / g,
Moreover, the battery life was sluggish at 300 to 400 cycles.

【0230】さらに鋳造法で徐冷して製造された比較例
10〜13に係る水素吸蔵合金においては、いずれも柱
状晶の面積割合が少なく、電極容量が低く、また電極の
初期立上り性が悪いことが判明した。
Further, in the hydrogen storage alloys of Comparative Examples 10 to 13 produced by slow cooling by the casting method, the area ratio of columnar crystals was small, the electrode capacity was low, and the initial rising property of the electrode was poor. It has been found.

【0231】一方、Mnを添加し鋳造法で徐冷して製造
された比較例14A〜14Bに係る水素吸蔵合金におい
ては、柱状晶が充分に成長しているが、柱状晶の短径が
100〜120μmと粗大であるため、比較的に高い電
極容量が得られる反面、電池寿命が短かく、電極の初期
立上り性も低いことがわかる。
On the other hand, in the hydrogen storage alloys of Comparative Examples 14A to 14B manufactured by adding Mn and gradually cooling by the casting method, the columnar crystals were sufficiently grown, but the minor axis of the columnar crystals was 100. It can be seen that since the particle size is as coarse as 120 μm, a relatively high electrode capacity can be obtained, but the battery life is short and the initial rising property of the electrode is low.

【0232】またMnを添加せずに鋳造法で徐冷して製
造した比較例15〜20に係る水素吸蔵合金において
は、いずれも結晶粒径が100〜200μm程度に粗大
化してしまうため、合金強度が低く、電池寿命が短かく
なった。
Further, in the hydrogen storage alloys according to Comparative Examples 15 to 20 produced by slow cooling by the casting method without adding Mn, the crystal grain size becomes coarse to about 100 to 200 μm. The strength is low and the battery life is short.

【0233】以上のように表1および表7に示す各実施
例と表8〜9に示す各比較例とを比較すると、本実施例
に係る水素吸蔵合金および電池は、電極容量、電池寿命
および初期立上り性の三大特性を共に満足することが判
明した。
As described above, comparing the respective examples shown in Tables 1 and 7 with the comparative examples shown in Tables 8 to 9, the hydrogen storage alloy and the battery according to this example show that the electrode capacity, the battery life and the It was found that the three major characteristics of initial rising property are both satisfied.

【0234】次に水素吸蔵合金の結晶粒径と電池寿命と
の関係について、以下の実施例および比較例を参照して
説明する。
Next, the relationship between the crystal grain size of the hydrogen storage alloy and the battery life will be described with reference to the following examples and comparative examples.

【0235】実施例14〜17および比較例21〜22 水素吸蔵合金の組成がLm Ni4.0 Co0.4 Mn
0.3 Al0.3 となるように調整した合金粉末原料をア
ルミナ製坩堝内に投入し、高周波加熱して合金溶湯を調
製した。
Examples 14 to 17 and Comparative Examples 21 to 22 The composition of the hydrogen storage alloy was Lm Ni 4.0 Co 0.4 Mn.
An alloy powder raw material adjusted to 0.3 Al 0.3 was put into an alumina crucible and heated at high frequency to prepare a molten alloy.

【0236】実施例14〜17として、直径300mmの
冷却ロールを有する単ロール装置を使用して上記合金溶
湯を急冷処理して各水素吸蔵合金を製造した。ここで冷
却ロールの材質および回転数は表10に示すように設定
した。
As Examples 14 to 17, the above-mentioned molten alloys were rapidly cooled using a single roll machine having a cooling roll having a diameter of 300 mm to produce each hydrogen storage alloy. Here, the material and the rotation speed of the cooling roll were set as shown in Table 10.

【0237】一方、比較例21〜22として上記合金溶
湯を銅製の水冷鋳型内に投入し、鋳型面間隔を45mm
(比較例21)および80mm(比較例22)の条件下で
鋳造して、各水素吸蔵合金を製造した。
On the other hand, as Comparative Examples 21 to 22, the molten alloy was put into a water-cooled mold made of copper and the mold surface interval was 45 mm.
Each hydrogen storage alloy was manufactured by casting under the conditions of (Comparative Example 21) and 80 mm (Comparative Example 22).

【0238】上記実施例14〜17および比較例21〜
22に係る水素吸蔵合金を実施例1と同一条件で粉砕し
て、水素吸蔵合金電極(負極)を調製し、さらにニッケ
ル電極(正極)と組み合せてニッケル水素電池を調製し
た。そして各電池について実施例1と同一条件で充放電
サイクル数を測定して下記表10に示す結果を得た。
Examples 14 to 17 and Comparative Examples 21 to 21
The hydrogen storage alloy according to No. 22 was ground under the same conditions as in Example 1 to prepare a hydrogen storage alloy electrode (negative electrode), and further combined with a nickel electrode (positive electrode) to prepare a nickel hydrogen battery. The number of charge / discharge cycles of each battery was measured under the same conditions as in Example 1, and the results shown in Table 10 below were obtained.

【0239】[0239]

【表10】 [Table 10]

【0240】また上記結晶粒径と充放電サイクル数との
関係を図28に示す。なお柱状晶が発達した実施例14
〜17において、結晶粒径は柱状晶の短径で示してい
る。
FIG. 28 shows the relationship between the crystal grain size and the number of charge / discharge cycles. Example 14 in which columnar crystals developed
In Nos. 17 to 17, the crystal grain size is shown by the short diameter of the columnar crystal.

【0241】上記表10および図28に示す結果から明
らかなように、結晶粒径が粗大化するに伴って電池寿命
が急激に低下する傾向が判明した。電池寿命(充放電サ
イクル数)を500サイクル以上とするためには、負極
用の水素吸蔵合金の結晶粒径を30μm以下に設定する
必要がある。
As is clear from the results shown in Table 10 and FIG. 28, it has been found that the battery life tends to be drastically reduced as the crystal grain size becomes coarser. In order to make the battery life (the number of charge / discharge cycles) 500 cycles or more, it is necessary to set the crystal grain size of the hydrogen storage alloy for the negative electrode to 30 μm or less.

【0242】実施例18A〜18Cおよび比較例23 実施例18A〜18Cとして水素吸蔵合金の組成がLm
Ni0.4 Co0.4Mn0.3 Al0.3 となるように調整し
た合金粉末原料をチタンボライド製坩堝内に投入し、高
周波加熱して合金溶湯を調製した。一方、直径300mm
のCu製冷却ロール(冷却水温度:20℃)を有する単
ロール装置を使用して上記合金溶湯を2400〜310
0℃/sec の平均冷却速度で急冷処理して実施例18A
〜18Cの水素吸蔵合金を製造した。
Examples 18A to 18C and Comparative Example 23 In Examples 18A to 18C, the composition of the hydrogen storage alloy was Lm.
The alloy powder raw material adjusted to be Ni 0.4 Co 0.4 Mn 0.3 Al 0.3 was put into a titanium boride crucible, and high-frequency heating was performed to prepare a molten alloy. On the other hand, diameter 300 mm
2400 to 310 by using a single roll device having a Cu cooling roll (cooling water temperature: 20 ° C.)
Example 18A after quenching at an average cooling rate of 0 ° C./sec
A hydrogen storage alloy of ~ 18C was produced.

【0243】ここで上記冷却速度は、以下のようにして
算定した。合金溶湯がノズルから射出されると、冷却ロ
ールによって熱を奪われ、急冷固化され。そして急冷固
化した合金は、冷却ロールから剥離してとばされる。冷
却ロールの回転数が600rpm程度の場合は、急冷合
金は固化が完了した後に、冷却ロールから剥離し、とば
される。一方回転数が1000rpm程度の場合には、
冷却ロールの遠心力が強いため、固化が完了する前に合
金溶湯が冷却ロールから剥離し、とばされてしまう。溶
湯が冷却ロールに接触してから剥離するまでの移動距離
は、合金の組成によっても変化するが、上記実施例18
A(回転数:600rpm)の場合について溶湯の射出
状況を高速ビデオカメラで撮影したところ、冷却ロール
の1/8回転に相当する距離であった。この距離を移動
する時間を冷却時間とすると、冷却時間は1/80秒と
なる。そして合金溶湯の射出温度1380℃から凝固点
1350℃まで温度を降下させる時間が1/80秒であ
るから冷却速度は約2400℃/sとなる。但し合金が
剥離する位置はばらつきがあるため、冷却速度は、その
平均値を採用した。
Here, the cooling rate was calculated as follows. When the molten alloy is injected from the nozzle, the heat is taken away by the cooling roll and rapidly solidified. Then, the rapidly solidified alloy is peeled off from the cooling roll and skipped. When the rotation speed of the cooling roll is about 600 rpm, the quenched alloy is peeled off from the cooling roll and skipped after the solidification is completed. On the other hand, when the rotation speed is about 1000 rpm,
Due to the strong centrifugal force of the cooling roll, the molten alloy peels off from the cooling roll and is skipped before solidification is completed. The moving distance from the time when the molten metal comes into contact with the cooling roll to the time when the molten metal peels changes depending on the composition of the alloy.
When the injection state of the molten metal was photographed with a high-speed video camera in the case of A (rotation speed: 600 rpm), the distance was equivalent to 1/8 rotation of the cooling roll. When the time for moving this distance is the cooling time, the cooling time is 1/80 second. The cooling rate is about 2400 ° C./s because the time for lowering the temperature from the molten alloy injection temperature 1380 ° C. to the freezing point 1350 ° C. is 1/80 second. However, since the position where the alloy peels off varies, the average value was adopted as the cooling rate.

【0244】一方、比較例23として水素吸蔵合金の組
成がLmNi3.5 Co0.7 Mn0.4Zn0.1 Al0.3
なるように調整した合金粉末原料をアルミナ製坩堝内に
投入し、高周波加熱して合金溶湯を調製した。一方、直
径300mmのFe製冷却ロール(冷却水温度:50℃,
回転数:200rpm)を有する単ロール装置を使用し
て上記合金溶湯を1150℃/sec の冷却速度で急冷処
理して水素吸蔵合金を製造した。
On the other hand, as Comparative Example 23, an alloy powder raw material adjusted so that the composition of the hydrogen storage alloy was LmNi 3.5 Co 0.7 Mn 0.4 Zn 0.1 Al 0.3 was put into an alumina crucible and heated at high frequency to melt the alloy melt. Prepared. On the other hand, Fe cooling roll with a diameter of 300 mm (cooling water temperature: 50 ° C,
Using a single roll machine having a rotation speed of 200 rpm, the molten alloy was rapidly cooled at a cooling rate of 1150 ° C./sec to produce a hydrogen storage alloy.

【0245】そして上記実施例18A〜18Cおよび比
較例23に係る水素吸蔵合金を実施例1と同一条件で粉
砕して、水素吸蔵合金電極(負極)を調製し、さらにニ
ッケル電極(正極)と組み合せてニッケル水素電池を調
製した。そして各電池について実施例1と同一条件で充
放電サイクル数を測定するとともに水素吸蔵合金を取り
出し、その金属組織における柱状晶の割合を測定して下
記表11に示す結果を得た。
Then, the hydrogen storage alloys according to Examples 18A to 18C and Comparative Example 23 were crushed under the same conditions as in Example 1 to prepare a hydrogen storage alloy electrode (negative electrode), and further combined with a nickel electrode (positive electrode). A nickel hydrogen battery was prepared. For each battery, the number of charge / discharge cycles was measured under the same conditions as in Example 1, the hydrogen storage alloy was taken out, and the proportion of columnar crystals in the metal structure was measured to obtain the results shown in Table 11 below.

【0246】[0246]

【表11】 [Table 11]

【0247】表11に示す結果から明らかなように、冷
却ロールの周速を高め、高い冷却速度で調製した実施例
18A〜18Cに係る合金においては、柱状晶が充分成
長しており、緩速で冷却した比較例23の場合と比較し
て、優れた電池特性が発揮された。
As is clear from the results shown in Table 11, in the alloys of Examples 18A to 18C prepared by increasing the peripheral speed of the cooling roll and increasing the cooling rate, columnar crystals were sufficiently grown and the Excellent battery characteristics were exhibited as compared with the case of Comparative Example 23 that was cooled in.

【0248】実施例19 次にABx から成る水素吸蔵合金において、希土類元素
Aとその他の元素Bとの組成比率xを4.4から6.1
の範囲で変化させて、その組成比率xの変化が電極容量
および充放電サイクル数に及ぼす影響を調べた。すなわ
ち合金溶湯を冷却速度2400℃/secで急冷してLm
(Ni0.8 Co0.08Mn0.06Al0.06xで表わされる
各種水素吸蔵合金を製造した。上記組成比率x=5のと
きは、実施例1の水素吸蔵合金に対応する。こうして得
られた各水素吸蔵合金について実施例1と同様に処理し
て、負極を製作してその電極容量を測定するとともに、
正極と組み合せてニッケル水素電池を組み立てて充放電
サイクル数を測定して図31に示す結果を得た。
Example 19 Next, in the hydrogen storage alloy of AB x , the composition ratio x of the rare earth element A and the other element B was 4.4 to 6.1.
The effect of the change in the composition ratio x on the electrode capacity and the number of charge / discharge cycles was examined by changing the composition ratio in the range. That is, the alloy melt is rapidly cooled at a cooling rate of 2400 ° C / sec to obtain Lm.
Various hydrogen storage alloys represented by (Ni 0.8 Co 0.08 Mn 0.06 Al 0.06 ) x were manufactured. The above composition ratio x = 5 corresponds to the hydrogen storage alloy of Example 1. Each hydrogen storage alloy thus obtained was treated in the same manner as in Example 1 to produce a negative electrode and measure its electrode capacity.
A nickel hydrogen battery was assembled in combination with the positive electrode and the number of charge / discharge cycles was measured to obtain the results shown in FIG.

【0249】図31に示す結果から明らかなように、本
願発明において規定した4.5≦x≦6.0の範囲で電
極容量は240mAh/g以上であり、また充放電サイ
クル数も500回以上と優れた電池特性を発揮すること
が確認できた。また、より好ましい組成比率xの範囲
(4.6≦x≦5.8)において、電極容量は250m
Ah/g以上で、かつ充放電サイクル数は550回以上
を示すことも実証された。
As is clear from the results shown in FIG. 31, the electrode capacity is 240 mAh / g or more and the number of charge / discharge cycles is 500 or more within the range of 4.5 ≦ x ≦ 6.0 defined in the present invention. It was confirmed that the excellent battery characteristics were exhibited. Further, in a more preferable composition ratio x range (4.6 ≦ x ≦ 5.8), the electrode capacitance is 250 m.
It was also demonstrated that the number of charge / discharge cycles was 550 or more at Ah / g or more.

【0250】以上説明の通り、実施例に係る電池用水素
吸蔵合金によれば、Mnを必須元素とするAB5 型合金
であり、構成成分の偏析が少ないため、高容量でかつサ
イクル寿命および初期特性が優れたニッケル水素二次電
池用の負極材料を提供することができる。上記合金は1
800℃/s以上の冷却速度で合金溶湯を急冷処理する
ことにより得られる。
As described above, the hydrogen storage alloys for batteries according to the examples are AB 5 type alloys in which Mn is an essential element, and since segregation of the constituents is small, the capacity is high and the cycle life and initial stage A negative electrode material for nickel-hydrogen secondary batteries having excellent characteristics can be provided. The above alloy is 1
It is obtained by quenching the molten alloy at a cooling rate of 800 ° C./s or more.

【0251】また上記溶湯急冷合金を、200〜500
℃程度の比較的低温度で熱処理することにより、合金の
均質性を保ちながら、内部歪を除去することが可能であ
り、より電池特性が優れたニッケル水素電池を提供する
ことができる。
[0251] Further, the molten alloy quench alloy is added to 200 to 500
By heat treatment at a relatively low temperature of about 0 ° C., it is possible to remove internal strain while maintaining the homogeneity of the alloy, and it is possible to provide a nickel-hydrogen battery having more excellent battery characteristics.

【0252】さらに、本発明の他の実施例について、比
較例とともに説明する。
Further, another embodiment of the present invention will be described together with a comparative example.

【0253】実施例20 (合金の作製)化学量論組成がLmNi4.0 Co0.4
0.3 Al0.3 (LmはLa富化ミッシュメタル)であ
る水素吸蔵合金を製造するに際し、原料元素の秤量時に
Lmの量を減少させることにより、Ni,Co,Mn,
Alの組成比を崩すことなく、非化学量論組成となる量
比で原料を秤量した。次に、これらの原料を高周波誘導
炉で溶解し、前述した図1に示す単ロール法による製造
装置の取鍋2に収容し、前記取鍋2から水素吸蔵合金溶
湯3を冷却された冷却用ロール5に適下することによ
り、フレーク状の6種類(試料a〜f)の水素吸蔵合金
6を得た。得られた各合金の組成を下記表12に示す。
また、これら合金をボールミルにより粉砕後、200メ
ッシュの篩により分級し、電極作製用水素吸蔵合金とし
た。
Example 20 (Preparation of Alloy) The stoichiometric composition was LmNi 4.0 Co 0.4 M.
In producing a hydrogen storage alloy that is n 0.3 Al 0.3 (Lm is a La-enriched misch metal), by reducing the amount of Lm when weighing the raw material elements, Ni, Co, Mn,
The raw materials were weighed in such a proportion that a non-stoichiometric composition was obtained without breaking the Al composition ratio. Next, these raw materials are melted in a high-frequency induction furnace, housed in the ladle 2 of the manufacturing apparatus by the single roll method shown in FIG. By appropriately lowering it to the roll 5, six types of flaky hydrogen storage alloys 6 (samples a to f) were obtained. The composition of each alloy obtained is shown in Table 12 below.
Further, these alloys were pulverized with a ball mill and classified with a 200-mesh sieve to obtain a hydrogen storage alloy for producing electrodes.

【0254】[0254]

【表12】 [Table 12]

【0255】また、得られた水素吸蔵合金(前記表12
の試料a〜f)について、内部標準法によるX線回折測
定を行なった。その結果、前記試料a〜eはABx から
なる単一相が95体積%以上であることが確認された。
また、試料fはABx 以外の組成を有する相(第2相)
が10体積%以上生成していることが判明した。
Further, the obtained hydrogen storage alloy (see Table 12 above)
Samples a to f) were subjected to X-ray diffraction measurement by the internal standard method. As a result, it was confirmed that the samples a to e had a single phase of AB x of 95% by volume or more.
The sample f is a phase having a composition other than AB x (second phase).
Was found to be produced in an amount of 10% by volume or more.

【0256】(電極の作製)前記各水素吸蔵合金粉末と
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粉末、ケッチ
ェンブラックをそれぞれ95.5重量%,4重量%,
0.5重量%となるように秤量した後、カッターミルに
て前記PTFEが繊維化するまで撹拌・混合した。得ら
れた綿状の混合物を、ニッケル金網上に散布し、ローラ
プレスにて圧延することにより水素吸蔵合金電極(負
極)を作製した。
(Production of Electrode) The above hydrogen storage alloy powder, polytetrafluoroethylene (PTFE) powder, and Ketjen black were added at 95.5 wt% and 4 wt%, respectively.
After weighing so as to be 0.5% by weight, the mixture was stirred and mixed by a cutter mill until the PTFE was formed into fibers. The obtained cotton-like mixture was sprayed on a nickel wire mesh and rolled by a roller press to prepare a hydrogen storage alloy electrode (negative electrode).

【0257】(電池の作製)水酸化ニッケル90重量%
と一酸化コバルト10重量%に少量のCMCと水50重
量%を撹拌・混合しペーストとしたものを、三次元構造
をしたニッケル多孔体に充填・乾燥後、ローラプレスに
より圧延することによりニッケル電極(正極)を作製し
た。
(Production of battery) Nickel hydroxide 90% by weight
Nickel electrode by filling and drying a paste prepared by stirring and mixing a small amount of CMC and 50 wt% of water in 10 wt% of cobalt monoxide in a nickel porous body having a three-dimensional structure and rolling with a roller press. (Positive electrode) was produced.

【0258】理論容量が1.1Ahである前記ニッケル
電極と前記水素吸蔵合金電極を組み合せ、不織布からな
るセパレータを介して捲回して電極群を構成した。この
電極群をAA型の電池缶へ挿入し、30重量%の水酸化
カリウム水溶液を注入し、作動圧15kg/cm2 の安全弁
を有する正極端子板で密閉することにより図3に示すニ
ッケル水素二次電池を組み立てた。なお、前記二次電池
において、負極/正極比は1.8、前記水素吸蔵合金電
極に対する電解液量は1.1ml/Ahとした。但し、
前記負極/正極比は、ニッケル電極の容量に対する水素
吸蔵合金電の電池放電状態における未充電状態の合金の
容量比を意味する。つまり、電池組立後の初充電時にお
いてニッケル電極中の一酸化コバルトの酸化等により生
成される水吸蔵合金電極中の放電リザーブを除いた水素
吸蔵合金電極の容量とニッケル電極の容量の比率を意味
する。
The nickel electrode having a theoretical capacity of 1.1 Ah and the hydrogen storage alloy electrode were combined and wound with a separator made of a non-woven fabric to form an electrode group. This electrode group was inserted into an AA type battery can, a 30 wt% potassium hydroxide aqueous solution was injected, and the electrode was sealed with a positive electrode terminal plate having a safety valve with an operating pressure of 15 kg / cm 2 . The next battery was assembled. In the secondary battery, the negative electrode / positive electrode ratio was 1.8, and the amount of the electrolytic solution for the hydrogen storage alloy electrode was 1.1 ml / Ah. However,
The negative electrode / positive electrode ratio means the capacity ratio of the hydrogen storage alloy electrode to the capacity of the nickel electrode in the uncharged state of the battery in the discharged state. In other words, it means the ratio of the capacity of the hydrogen storage alloy electrode to the capacity of the nickel electrode excluding the discharge reserve in the water storage alloy electrode generated by the oxidation of cobalt monoxide in the nickel electrode during the first charge after battery assembly. To do.

【0259】前記各二次電池について、サイクル寿命を
評価した。条件は1.1Aで1.5時間充電した後、電
池電圧が0.8Vになるまで1Aで放電するサイクルを
繰り返した。電池容量が初期容量の50%に低下するま
でのサイクル数をサイクル寿命とした。試験温度は25
℃とした。その結果を下記表13に示す。
The cycle life of each secondary battery was evaluated. The conditions were such that the battery was charged at 1.1 A for 1.5 hours, and then the cycle of discharging at 1 A was repeated until the battery voltage reached 0.8 V. The cycle life was defined as the number of cycles until the battery capacity decreased to 50% of the initial capacity. Test temperature is 25
℃ was made. The results are shown in Table 13 below.

【0260】[0260]

【表13】 [Table 13]

【0261】表13より非化学量論組成となるとサイク
ル寿命が延びること、ABx のxが6を超えると、急激
にサイクル寿命が短かくなることがわかる。AB6.2
合金に関しては、X線回折分析の結果、第2相が10体
積%以上生成していることが、またEPMAでの観察の
結果、粒界にLa,Mnが大量に偏析していることが判
明した。このことにより、第2相の生成および粒界への
偏析は合金寿命を著しく短かくすることが明らかとなっ
た。
From Table 13, it can be seen that the cycle life is extended for non-stoichiometric compositions and that the cycle life is drastically shortened when x of AB x exceeds 6. Regarding the AB 6.2 alloy, the X-ray diffraction analysis showed that the second phase was formed in an amount of 10% by volume or more, and the EPMA observation showed that a large amount of La and Mn segregated at the grain boundaries. It has been found. From this, it was revealed that the formation of the second phase and the segregation at the grain boundaries significantly shorten the alloy life.

【0262】比較例24 前記実施例20と同じ組成の水素吸蔵合金を従来法であ
る鋳込み法で作製した。実施例20と同じ組成となるよ
うに秤量した原料をるつぼに入れ、高周波誘導炉で溶解
後、鉄製の鋳型に注ぎ混み合金を得た。このようにして
得た合金を実施例20と同様な方法により水素吸蔵合金
電極を作製するとともに、粉末X線回折分析を行ない第
2相の生成状況を観察した。その結果を表14に示す。
表14中に示す○は単一相であること、×は第2相が生
成されていること、△は明瞭ではないが、第2相が10
体積%以上生成している可能性があることを示す。
Comparative Example 24 A hydrogen storage alloy having the same composition as in Example 20 was prepared by a conventional casting method. Raw materials that were weighed so as to have the same composition as in Example 20 were put into a crucible, melted in a high frequency induction furnace, and then poured into an iron mold to obtain an alloy. Using the alloy thus obtained, a hydrogen storage alloy electrode was prepared in the same manner as in Example 20, and powder X-ray diffraction analysis was performed to observe the generation state of the second phase. The results are shown in Table 14.
In Table 14, ◯ indicates a single phase, × indicates that the second phase is generated, and Δ is not clear, but the second phase is 10
It indicates that more than volume% may be generated.

【0263】[0263]

【表14】 [Table 14]

【0264】表14より明らかなように、鋳込み法で
は、冷却速度が遅いため合金が非化学量論組成となると
第2相が生成し易いことがわかる。これは、水冷鋳型を
使用したり、鋳込み厚さを薄くすることで改善は認めら
れるが、性能が大幅に向上するAB5.5 付近まで安定的
に単相とすることは非常に困難である。
As is clear from Table 14, in the casting method, the second phase is likely to be generated when the alloy has a non-stoichiometric composition because the cooling rate is slow. This can be improved by using a water-cooled mold or by reducing the casting thickness, but it is very difficult to stably maintain a single phase up to around AB 5.5 where the performance is greatly improved.

【0265】このことにより、実施例20に記載したよ
うに溶湯急冷法で作製された水素吸蔵合金が適している
と考えられる。
From this, it is considered that the hydrogen storage alloy produced by the molten metal quenching method as described in Example 20 is suitable.

【0266】前記実施例20において、化学量論組成の
水素吸蔵合金を容易かつ安定に作製する方法として、単
ロール法に関し記載したが、他の溶湯急冷法である図3
2で説明した回転ディスク法、図2で説明した双ロール
法、図33で説明したガスアトマイズ法、その他回転ノ
ズル法等によっても同様に非化学量論組成の水素吸蔵合
金が安定に得られた。
In Example 20, the single roll method was described as a method for easily and stably producing a hydrogen storage alloy having a stoichiometric composition, but another molten metal quenching method shown in FIG.
A hydrogen storage alloy having a non-stoichiometric composition was similarly stably obtained by the rotating disk method described in 2 above, the twin roll method described in FIG. 2, the gas atomizing method described in FIG. 33, and other rotating nozzle methods.

【0267】前記実施例20においては、ABx で表わ
される水素吸蔵合金のBの構成元素としてNi,Co,
Mn,Alを用いたが、例えばSi,Fe,Cr,Cu
等を用いても同様の結果が得られた。
In Example 20, as the constituent elements of B of the hydrogen storage alloy represented by AB x , Ni, Co,
Although Mn and Al were used, for example, Si, Fe, Cr, Cu
Similar results were obtained using the same method.

【0268】実施例21 LmNi4.0 Co0.4 Mn0.3 Al0.3 (LmはLa富
化ミッシュメタル)の組成を有する水素吸蔵合金500
gを高周波誘導炉にて溶解し、前述した図1に示す単ロ
ール法による製造装置の取鍋2に収容し、この取鍋2か
ら水素吸蔵合金溶湯4を冷却された微粒子用ロール(冷
却ロール)5に適下することにより、フレーク状の水素
吸蔵合金6を作製した。この合金6をボールミルにより
粉砕後、200メッシュの篩により分級し、電極作製用
水素吸蔵合金とした。続いて、前記水素吸蔵合金粉末と
PTFE粉末、ケッチェンブラックをそれぞれ95.5
重量%,4重量%,0.5重量%となるように秤量した
後、カッターミルにて前記PTFEが繊維化するまで撹
拌・混合した。得られた綿状の混合物を、ニッケル金網
上に散布し、ローラプレスにて圧延することにより水素
吸蔵合金電極(負極)を作製した。
Example 21 Hydrogen storage alloy 500 having a composition of LmNi 4.0 Co 0.4 Mn 0.3 Al 0.3 (Lm is La-rich misch metal)
g is melted in a high-frequency induction furnace and is stored in the ladle 2 of the manufacturing apparatus by the single roll method shown in FIG. 1 described above, and the hydrogen storage alloy molten metal 4 is cooled from the ladle 2 (cooling roll for fine particles). 5), a flaky hydrogen storage alloy 6 was produced. This alloy 6 was ground with a ball mill and classified with a 200-mesh sieve to obtain a hydrogen storage alloy for electrode production. Then, the hydrogen-absorbing alloy powder, the PTFE powder, and the Ketjen black were each mixed at 95.5.
After weighing so that the weight%, 4% by weight, and 0.5% by weight were obtained, the mixture was stirred and mixed by a cutter mill until the PTFE became fibrous. The obtained cotton-like mixture was sprayed on a nickel wire mesh and rolled by a roller press to prepare a hydrogen storage alloy electrode (negative electrode).

【0269】また、別途水酸化ニッケル90重量%と一
酸化コバルト10重量%に少量のCMCと水50重量%
を撹拌・混合しペーストとしたものを、三次元構造をし
たニッケル多孔体に充填・乾燥後、ローラプレスにより
圧延することによりニッケル電極(正極)を作製した。
Separately, 90% by weight of nickel hydroxide, 10% by weight of cobalt monoxide, a small amount of CMC and 50% by weight of water.
The mixture was stirred and mixed to form a paste, which was filled into a nickel porous body having a three-dimensional structure, dried, and rolled by a roller press to produce a nickel electrode (positive electrode).

【0270】前述した方法により作製した水素吸蔵合金
電極およびニッケル電極を用いて前記負極/正極比およ
び水素吸蔵合金電極に対する電極液量が下記表15に示
す30種のAA型ニッケル水素二次電池を組み立てた。
これらの二次電池の容量は、ニッケル電極の理論容量で
650mAhとなるようにし、電解液には7規定水酸化
カリウムと1規定水酸化リチウムの混合水溶液を使用し
た。また、安全弁には18kg/cm2 で作動するものを使
用した。なお、表15中で電池記号が記入されていない
部分は、電極体積が過大なため所定量の電解液の注入が
不可能であったことを示す。
Using the hydrogen storage alloy electrode and the nickel electrode produced by the above-described method, 30 kinds of AA type nickel-hydrogen secondary batteries having the above-mentioned negative electrode / positive electrode ratio and electrode liquid amount with respect to the hydrogen storage alloy electrode are shown in Table 15 below. Assembled
The capacity of these secondary batteries was set to 650 mAh as the theoretical capacity of the nickel electrode, and a mixed aqueous solution of 7N potassium hydroxide and 1N lithium hydroxide was used as the electrolytic solution. A safety valve that operates at 18 kg / cm 2 was used. It should be noted that, in Table 15, a portion where the battery symbol is not written indicates that it was impossible to inject a predetermined amount of the electrolytic solution because the electrode volume was too large.

【0271】[0271]

【表15】 [Table 15]

【0272】前記表15に示す記号A群(A1,A2,
A3,A4,A5,A6)、B群(B1,B2,B3,
B4,B5,B6)、C群(C1,C2,C3,C4,
C5,C6)、D群(D1,D2,D3,D4,D
5)、E群(E1,E2,E3,E4)およびF群(F
1,F2,F3)の二次電池を650mAで1.5時間
充電後、電池電圧が0.8Vになるまで1Aで放電する
充放電サイクルを繰り返し、電池容量が初期容量の50
%になるまでのサイクル数を調べた。その結果を図34
に示す。なお、図34中の□は前記表15のA群の電池
の特性を、+は同表15のB群の電池の特性を、◇は同
表15のC群の電池の特性を、△は同表15のD群の電
池の特性を、×は同表15のE群の電池の特性を、▽は
同表15のF群の電池の特性をそれぞれ示す。
Symbol A group shown in Table 15 (A1, A2,
A3, A4, A5, A6), group B (B1, B2, B3)
B4, B5, B6), C group (C1, C2, C3, C4
C5, C6), D group (D1, D2, D3, D4, D
5), group E (E1, E2, E3, E4) and group F (F
1, F2, F3) secondary batteries are charged at 650 mA for 1.5 hours, and then a charge / discharge cycle of discharging at 1 A is repeated until the battery voltage becomes 0.8 V, and the battery capacity is 50% of the initial capacity.
The number of cycles to reach% was examined. The result is shown in FIG.
Shown in. In FIG. 34, □ indicates the characteristics of the battery of the group A in Table 15, + indicates the characteristics of the battery of the group B of Table 15, ◇ indicates the characteristics of the battery of the group C of Table 15, and Δ indicates the characteristics. In Table 15, the characteristics of the group D battery are shown, × is the characteristics of the group E battery of Table 15, and ∇ is the characteristics of the group F battery of Table 15.

【0273】図34から明らかなように負極/正極比が
0.5の二次電池は、全ての電解液量でサイクル寿命が
著しく短かいことがわかる。これは、電池構成が水素吸
蔵合金電極規制となっているため、容量が正極の0.5
倍しか出ない他、初期の充放電サイクルで電池内圧が安
全弁作動圧まで急激に上昇し、電解液が安全弁より流出
したために電解液枯れを起こしたためであることが、別
途行なった電池内圧の測定および電池分解検査より確認
された。
As is clear from FIG. 34, the cycle life of the secondary battery having a negative electrode / positive electrode ratio of 0.5 is remarkably short at all electrolyte amounts. This is because the battery configuration is regulated by hydrogen storage alloy electrodes, so the capacity is 0.5
In addition to the double output, the battery internal pressure rapidly increased to the safety valve operating pressure in the initial charge / discharge cycle, and electrolyte ran out because the electrolyte ran out of the safety valve. And it was confirmed by battery disassembly inspection.

【0274】これに対し、負極/正極比が1.1以上の
二次電池は、電解液が過多または過小でない限り、この
充放電条件において150サイクル以上のサイクル寿命
を達成している。これは、通常の充放電条件において二
次電池としての実用的なサイクル寿命である500サイ
クルを満足する値であり、充分な寿命と考えられる。し
かし、負極/正極比が1.1以上であっても、電解液量
が0.2ml/Ahないしは2.0ml/Ahの条件で
は、サイクル寿命が50サイクル前後であり、充分なサ
イクル寿命にならない。この原因は、電解液量が0.2
ml/Ahの条件では充放電サイクルの初期より液枯れ
となっていることが、また2.0ml/Ahの条件では
充電末期に電池内圧が安全弁作動圧まで上昇し、徐々に
電解液枯れ状態となったことが別途行なった電池内圧の
測定の結果から明らかになった。
On the other hand, the secondary battery having a negative electrode / positive electrode ratio of 1.1 or more achieves a cycle life of 150 cycles or more under these charge / discharge conditions unless the amount of the electrolyte is excessive or insufficient. This is a value that satisfies the practical cycle life of 500 cycles as a secondary battery under normal charge and discharge conditions, and is considered to be sufficient life. However, even if the anode / cathode ratio is 1.1 or more, the cycle life is about 50 cycles under the condition that the amount of electrolyte is 0.2 ml / Ah or 2.0 ml / Ah, and the cycle life is not sufficient. . This is because the amount of electrolyte is 0.2
Under the condition of ml / Ah, the liquid was exhausted from the beginning of the charge / discharge cycle, and under the condition of 2.0 ml / Ah, the battery internal pressure increased to the safety valve operating pressure at the end of charging, and the electrolyte was gradually exhausted. It became clear from the result of the measurement of the battery internal pressure that was separately performed.

【0275】また、電池寿命に大きな影響を与える電池
内圧特性を調べるため、前記表15中のA群〜F群の各
二次電池を過酷な充電条件である650mAで5時間充
電した際の電池内圧を測定した。その結果を図35に示
す。なお、図35中の□は前記表15のA群の電池の特
性を、+は同表15のB群の電池の特性を、◇は同表1
5のC群の電池の特性を、△は同表15のD群の電池の
特性を、×は同表15のE群の電池の特性を、▽は同表
15のF群の電池の特性をそれぞれ示す。
Further, in order to investigate the battery internal pressure characteristics that greatly affect the battery life, the batteries when the secondary batteries of the groups A to F in Table 15 were charged for 5 hours at 650 mA which is a severe charging condition. The internal pressure was measured. The result is shown in FIG. In FIG. 35, □ indicates the characteristics of the battery of the group A in Table 15, + indicates the characteristics of the battery of the group B of table 15, and ◇ indicates the characteristics of the battery in the table 1.
5 shows the characteristics of the group C battery, Δ indicates the characteristics of the group D battery of Table 15, X indicates the characteristics of the group E battery of Table 15, and ▽ indicates the characteristics of the group F battery of the same table 15. Are shown respectively.

【0276】図35より負極/正極比が0.5の二次電
池と電解液量が2ml/Ahの二次電池は全て前述した
理由によって電池内圧が安全弁作動圧である18kg/cm
2 に達していることがわかる。これらの二次電池につい
て、試験の前後で重量測定を行なったところ、電解液の
噴出に起因すると考えられる、最大で300mg、最小
でも40mgの重量減少が観察された。
From FIG. 35, the secondary battery having a negative electrode / positive electrode ratio of 0.5 and the secondary battery having an electrolytic solution amount of 2 ml / Ah are all 18 kg / cm, which is the safety valve operating pressure because of the above-mentioned reason.
You can see that it has reached 2 . When the weight of these secondary batteries was measured before and after the test, a weight reduction of 300 mg at the maximum and 40 mg at the minimum, which is considered to be caused by the ejection of the electrolytic solution, was observed.

【0277】この実験で電解液量が0.2ml/Ahの
二次電池の内圧が全て低いのは、電解液量が非常に少な
いため、充電末期において電池の内部抵抗が急激に増大
したため、充電に使用した定電流電源の出力範囲を超え
てしまい、充電が行なえなかったためである。このこと
からも電解液量が0.2ml/Ahの二次電池は実用上
使用できないことがわかる。
In this experiment, all the internal pressures of the secondary battery having the amount of electrolyte of 0.2 ml / Ah were low. The amount of the electrolyte was very small, and the internal resistance of the battery rapidly increased at the end of charging. It was because the output range of the constant current power supply used for was exceeded and charging was not possible. From this, it can be understood that the secondary battery having the amount of electrolyte of 0.2 ml / Ah cannot be practically used.

【0278】以上の電池寿命および電池内圧の測定実験
より、負極/正極比は1.1以上であることが必要であ
り、また、電解液量は水素吸蔵合金電極1Ah当り0.
4〜1.8mlの範囲であることが必要であることが判
明した。
From the above battery life and battery internal pressure measurement experiments, it is necessary that the anode / cathode ratio is 1.1 or more, and the amount of the electrolytic solution is 0.1% per 1 Ah of the hydrogen storage alloy electrode.
It has been found necessary to be in the range 4-1.8 ml.

【0279】また、負極/正極比が2を超えた辺りから
電池内圧が上昇する傾向が認められた。これは、全ての
二次電池の容量を650mAhで統一したため、負極/
正極比が大きい電池では、電極群の占める体積が増大
し、電池内の空隙が減少したためであると考えられる。
このことより、電池設計の上で電解液量と負極/正極比
が相互に関連し合った値であり、独立には決定できない
ことがわかる。
Further, it was recognized that the battery internal pressure tended to increase when the negative electrode / positive electrode ratio exceeded 2. This is because the capacity of all secondary batteries was unified to 650 mAh,
It is considered that in a battery having a large positive electrode ratio, the volume occupied by the electrode group increased and the voids in the battery decreased.
From this, it is understood that the amount of electrolyte and the negative electrode / positive electrode ratio are mutually related values in battery design and cannot be independently determined.

【0280】次に、ニッケル水素二次電池の大きな特徴
である、高容量を確認するため、ある負極/正極比を与
えた際にAA型の電池缶内に納めることができる最大容
量の電極群を作製し、種々の条件の電解液を注入して電
池を組み立て、初期の電池が健全な状態の電池容量を測
定した。その結果を図36に示す。なお、図36中の□
は水素吸蔵合金電極に対する電解液量が0.2ml/A
hの二次電池の特性を、+は同電解液量が0.4ml/
Ahの二次電池の特性を、◇は同電解液量が0.8ml
/Ahの二次電池の特性を、△は同電解液量が1.5m
l/Ahの二次電池の特性を、×は同電解液量が1.8
ml/Ahの二次電池の特性を、▽は同電解液量が0.
2ml/Ahの二次電池の特性をそれぞれ示す。
Next, in order to confirm the high capacity, which is a major feature of the nickel-hydrogen secondary battery, an electrode group having the maximum capacity that can be accommodated in an AA type battery can when a certain negative / positive electrode ratio is given. Was prepared, an electrolyte solution was injected under various conditions to assemble a battery, and the battery capacity was measured when the initial battery was in a healthy state. The result is shown in FIG. In addition, □ in FIG. 36
Is 0.2 ml / A for the hydrogen storage alloy electrode
As for the characteristics of the secondary battery of h, + is 0.4 ml /
The characteristics of the Ah secondary battery are as follows:
/ Ah secondary battery characteristics, △ is the same amount of electrolyte is 1.5m
The characteristics of the secondary battery of 1 / Ah are as follows.
The characteristics of the secondary battery of ml / Ah are as follows.
The characteristics of the secondary battery of 2 ml / Ah are shown respectively.

【0281】図36より、負極/正極比が0.5の電池
では電池容量がニッケル電極の半分の量しか入っていな
い水素吸蔵合金電極で決定されるため、容量が低いこと
がわかる。また、電解液量が0.2ml/Ahではやは
り、電解液が電池反応を円滑に行なわせるに充分でない
ため電池容量が低くなる。これら以外では負極/正極比
が大きくなるに連れ、同一の電極群体積で組むことので
きるニッケル電極の容量が減少するため、電池容量も減
少する。そして、負極/正極比が0.2を超えると、現
行の高容量型のニッケルカドミウム電池と同等ないし以
下の容量しか出なくなることがわかる。
From FIG. 36, it is understood that the capacity of the battery having the negative electrode / positive electrode ratio of 0.5 is low because the battery capacity is determined by the hydrogen storage alloy electrode containing only half the amount of the nickel electrode. Further, when the amount of the electrolytic solution is 0.2 ml / Ah, the electrolytic solution is still not sufficient to smoothly carry out the battery reaction, so that the battery capacity becomes low. Other than these, as the negative electrode / positive electrode ratio increases, the capacity of the nickel electrodes that can be assembled in the same electrode group volume decreases, so the battery capacity also decreases. It can be seen that when the anode / cathode ratio exceeds 0.2, the capacity is equal to or less than that of the current high capacity nickel cadmium battery.

【0282】電極の活物質密度を高めることにより、負
極/正極比が2.0以上でもさらに高容量とすることは
可能であるが、電極製造が困難となるばかりでなく、充
電末期の酸素ガス還元速度が著しく低下する他、大電流
放電特性も著しく低下し、実用上使用できない電池とな
ってしまう。
By increasing the density of the active material of the electrode, it is possible to further increase the capacity even when the anode / cathode ratio is 2.0 or more. However, not only is it difficult to manufacture the electrode, but oxygen gas at the end of charging is also added. The reduction rate is remarkably reduced, and the large current discharge characteristics are also remarkably reduced, resulting in a battery that cannot be practically used.

【0283】この実験より、電池特性を犠牲にすること
なく、ニッケル水素二次電池の高容量という特徴を発揮
させるために負極/正極比を2.0以下とすることが必
要であることが判明した。
From this experiment, it was found that it is necessary to set the negative electrode / positive electrode ratio to 2.0 or less in order to bring out the characteristic of the high capacity of the nickel-hydrogen secondary battery without sacrificing the battery characteristics. did.

【0284】前記実施例21においては、単ロール法で
溶湯急冷した水素吸蔵合金を活物質とする水素吸蔵合金
電極と、非焼結式ニッケル極とを、7規定水酸化カリウ
ムと1規定水酸化リチウムとの混合電解液によりAA型
電池とした例に関し詳述してきたが、本発明は上記の方
法に限定されるものではない。
In Example 21, the hydrogen-storing alloy electrode using the hydrogen-storing alloy, which was melt-quenched by the single roll method as the active material, and the non-sintered nickel electrode were mixed with 7N potassium hydroxide and 1N hydroxide. Although the example of forming the AA type battery by the mixed electrolytic solution with lithium has been described in detail, the present invention is not limited to the above method.

【0285】例えば、溶湯急冷法としては図32で説明
した回転ディスク法、図2で説明した双ロール法、図3
3で説明したガスアトマイズ法等によって得た水素吸蔵
合金も本実施例21の単ロール法と同様の特性を示し
た。
For example, as the molten metal quenching method, the rotating disk method explained in FIG. 32, the twin roll method explained in FIG. 2, and FIG.
The hydrogen storage alloy obtained by the gas atomizing method or the like described in Example 3 also showed the same characteristics as those of the single roll method of Example 21.

【0286】また、電極作製方法も、水素吸蔵合金粉末
と練り剤と水との混練物を集電体に充填または塗布後、
乾燥・圧延する、いわゆるペースト式電極によっても本
発明の特徴を発揮させることが可能である。前記水素吸
蔵合金は、溶湯急冷法にて作製した水素吸蔵合金を機械
的に粉砕した粉末の他、水素を吸脱蔵させて粉砕した粉
末を用いることも可能である。特に単ロール法や双ロー
ル法を採用した場合、広い製造条件でフレーク状の水素
吸蔵合金が得られる。このフレーク状合金は一般に薄い
ため比較的容易に粉砕可能であるため、電極を作製する
前の粉砕を数100μmから数mmの大きさまでの粗粉砕
に止めておき、電極製造工程中の圧延工程で電極の圧延
と共にさらに粉砕を行なうことも可能である。このよう
な処理によって、電極製造中の水素吸蔵合金の比表面積
を小さくすることができ、製造工程中の表面酸化・汚染
から前記水素吸蔵合金を保護することができる上、水素
吸蔵合金の製造工程中の発火確率を低くすることえでき
るため、安全な環境で作業を進めることが可能となる。
Further, in the method of manufacturing the electrode, after filling or coating the current collector with the kneaded material of the hydrogen storage alloy powder, the kneading agent and the water,
The characteristics of the present invention can also be exhibited by a so-called paste type electrode which is dried and rolled. As the hydrogen storage alloy, a powder obtained by mechanically pulverizing a hydrogen storage alloy produced by a molten metal quenching method, or a powder obtained by absorbing and desorbing hydrogen and pulverizing can be used. In particular, when the single roll method or the twin roll method is adopted, a flaky hydrogen storage alloy can be obtained under a wide range of manufacturing conditions. Since this flake-like alloy is generally thin, it can be crushed relatively easily. Therefore, the crushing before making the electrode should be limited to the coarse crushing of several 100 μm to several mm, and the rolling process in the electrode manufacturing process It is also possible to carry out further crushing together with rolling of the electrodes. By such a treatment, the specific surface area of the hydrogen storage alloy during electrode production can be reduced, the hydrogen storage alloy can be protected from surface oxidation / contamination during the production process, and the hydrogen storage alloy production process can be performed. Since the ignition probability inside can be lowered, it is possible to proceed with the work in a safe environment.

【0287】電解液に関しても、例えば8規定水酸化カ
リウム水溶液や、必要に応じ水酸化ナトリウム水溶液を
混合した電解液によっても何ら差支えない。
As for the electrolytic solution, for example, an 8N potassium hydroxide aqueous solution or an electrolytic solution in which an aqueous sodium hydroxide solution is mixed if necessary may be used.

【0288】さらに電池サイズもAA型以外の例えば4
/5A型,A型でも全く同様の結果が得られている。
Further, the battery size is, for example, 4 other than AA type.
/ 5A type and A type have the same results.

【0289】以上詳述したように、本実施例によればア
ルカリ二次電池の負極活物質として使用する際に劣化が
少なくサイクル寿命の長い水素吸蔵合金を提供できる。
また、本実施例によれば劣化が少ない水素吸蔵合金電極
を使用し、電解液量と電極容量比を規定することによ
り、高容量で長寿命、さらには低価格のニッケル水素二
次電池を提供できる。
As described above in detail, according to the present embodiment, it is possible to provide a hydrogen storage alloy having little deterioration and long cycle life when used as a negative electrode active material of an alkaline secondary battery.
In addition, according to the present embodiment, a hydrogen storage alloy electrode with little deterioration is used, and by defining the amount of electrolyte and the electrode capacity ratio, a nickel-hydrogen secondary battery with high capacity, long life, and low cost is provided. it can.

【0290】次に水素吸蔵合金中におけるMn濃度のば
らつきや偏析したMn粒子の粒子径が電池特性に及ぼす
影響について以下の実施例および比較例を参照して説明
する。
Next, the influence of variations in the Mn concentration in the hydrogen storage alloy and the particle size of segregated Mn particles on the battery characteristics will be described with reference to the following examples and comparative examples.

【0291】実施例22〜23および比較例25〜27 合金とした際に組成がLmNi4.3 Co0.1 Mn0.5
0.1 (LmはLa富化ミッシュメタル)となるよう
に、溶解時の減耗を予め見込んでLm,Ni,Co,M
n,Alを秤量した。次いで、これらの原料を高周波誘
導炉で溶解し、通常の鋳型へ流し込み比較例25の合金
を得た。また水冷鋳型へ厚さが10mmとなるように流し
込み比較例26の合金を得た。また、図1に示す単ロー
ル装置において、冷却ロール5として直径300mmの銅
製ロールを用い、真空中で600rpmで回転させ、射
出ノズル4と冷却ロール5との間隙幅を50mmに設定
し、射出圧力を0.1kgf/cm2 として厚さ約100μm
の比較例27の合金を得た。また射出圧力を0.05kg
f/cm2 として厚さが50μmの実施例22の合金を得
た。また射出圧力を0.02kgf/cm2 として厚さが20
μmの実施例23の合金を得て、合計3種類のフレーク
状の合金試料を作製した。これら以外に図33に示すイ
ナートガスアトマイズ法装置により、平均粒径20μm
の水素吸蔵合金粉を調製し、実施例24とした。
The alloys of Examples 22 to 23 and Comparative Examples 25 to 27 had a composition of LmNi 4.3 Co 0.1 Mn 0.5 A.
l 0.1 (Lm is La enriched misch metal) so that, Lm anticipate depletion during dissolution advance, Ni, Co, M
n and Al were weighed. Next, these raw materials were melted in a high frequency induction furnace and poured into an ordinary mold to obtain an alloy of Comparative Example 25. Further, an alloy of Comparative Example 26 was obtained by pouring it into a water-cooled mold so that the thickness would be 10 mm. Further, in the single roll device shown in FIG. 1, a copper roll having a diameter of 300 mm was used as the cooling roll 5 and was rotated at 600 rpm in a vacuum, and the gap width between the injection nozzle 4 and the cooling roll 5 was set to 50 mm. Is 0.1 kgf / cm 2 and the thickness is about 100 μm.
An alloy of Comparative Example 27 was obtained. The injection pressure is 0.05kg
An alloy of Example 22 having a thickness of 50 μm as f / cm 2 was obtained. The injection pressure is 0.02 kgf / cm 2 and the thickness is 20.
The alloy of Example 23 of μm was obtained, and a total of three types of flaky alloy samples were prepared. In addition to these, an average particle diameter of 20 μm was measured by the inert gas atomizing method apparatus shown in FIG.
The hydrogen-absorbing alloy powder of was prepared as Example 24.

【0292】これらの合金試料のMnの濃度分布を以下
に記す方法で調べた。
The Mn concentration distribution of these alloy samples was examined by the method described below.

【0293】1)樹脂埋め込み 合金試料約100mgを採取し、直径20mmのSEM試料
用樹脂埋め込み枠(ポリプロピレン製)中央部に散布し
た。次いで、SEM試料埋め込み用として市販されてい
るエポキシ樹脂(ビューラー社製EPO−MIX)を、
樹脂と硬化剤を良く混合した後、上記埋め込み枠に注入
し硬化させた。この際、試料と樹脂との密着性を向上さ
せるため、樹脂を予め60℃程度まで加温して粘度を低
下させたおいたり、樹脂注入後、真空デシケータ中で真
空引きして脱泡を行なうとさらに好ましい。
1) Resin embedding Approximately 100 mg of an alloy sample was sampled and dispersed in the center of a resin embedding frame (made of polypropylene) for SEM samples having a diameter of 20 mm. Next, a commercially available epoxy resin (EPO-MIX manufactured by Buehler Co.) for embedding a SEM sample is used.
After thoroughly mixing the resin and the curing agent, they were poured into the above-mentioned embedding frame and cured. At this time, in order to improve the adhesion between the sample and the resin, the resin is preheated to about 60 ° C. to reduce the viscosity, or after the resin is injected, vacuum is drawn in a vacuum desiccator to defoam. And more preferable.

【0294】2)研磨 上記手順により埋め込みを行なった試料を次いで研磨機
で鏡面仕上げとなるまで研磨する。水素吸蔵合金試料は
水と反応し易いため、研磨はメチルアルコールを滴下し
がら耐水研磨紙の目の荒さを180番,400番,80
0番と順に細かくしながら200rpmで回転する回転
式研磨機により研磨した後、同じく回転研磨機にフェル
トをセットしダイアモンドペーストの粒度を15μm,
3μm,0.25μmの順に細かくしながら研磨し鏡面
仕上げとした。
2) Polishing The sample embedded in the above procedure is then polished by a polishing machine until it has a mirror finish. Since the hydrogen storage alloy sample easily reacts with water, the roughness of the water-resistant abrasive paper is adjusted to 180, 400, 80 by dropping methyl alcohol during polishing.
After polishing with a rotary polishing machine that rotates at 200 rpm while making it finer in the order of 0, the felt was set on the rotary polishing machine and the particle size of the diamond paste was 15 μm.
3 μm and 0.25 μm were successively finely ground to give a mirror finish.

【0295】3)EPMA観察 次にこれらの試料を、EPMA(島津製作所製V6)に
セットした。まず、Mnが含まれない領域(例えば試料
台)を観察し、マッピング観察を行ないMn濃度が0の際
のMnの特性X線の強度値を記録した。次に試料を視野
の中心にくるように移動しマッピング観察によりMnの
濃度分布の全体像を把握する。なお、この測定において
倍率は、20μm四方を観察領域とし、視野に納まるよ
うに設定した。またこの際視野に試料端部が入らないよ
うに留意した。そして視野を縦100分割×横100分
割して10000個の単位領域を形成し、各単位領域の
X線強度値を測定するようにEPMAを設定した。
3) Observation of EPMA Next, these samples were set in EPMA (V6 manufactured by Shimadzu Corporation). First, a region not containing Mn (for example, a sample stage) was observed, mapping observation was performed, and the intensity value of the characteristic X-ray of Mn when the Mn concentration was 0 was recorded. Next, the sample is moved so as to come to the center of the visual field, and the whole image of the Mn concentration distribution is grasped by mapping observation. In this measurement, the magnification was set so that the observation area was 20 μm square and fit in the visual field. At this time, care was taken so that the sample end did not enter the visual field. Then, the field of view was divided into 100 vertically and 100 horizontally to form 10000 unit areas, and the EPMA was set to measure the X-ray intensity value of each unit area.

【0296】上記のような観察によって得られた観察面
内での特性X線強度分布を、先に求めたMnが含まれな
い領域での強度値で補正した。このようにして得られた
各単位領域に対応する特性X線強度を単純平均すること
で、観察面内での平均値を求めた。また最大値は上記X
線強度の最大の値を採用した。またX線強度の平均値に
対する最大値の比を算出した。
The characteristic X-ray intensity distribution in the observation plane obtained by the above-mentioned observation was corrected by the intensity value in the region not containing Mn previously obtained. The average value in the observation plane was obtained by simply averaging the characteristic X-ray intensities corresponding to the respective unit areas thus obtained. The maximum value is the above X
The maximum value of the line strength was adopted. Further, the ratio of the maximum value to the average value of the X-ray intensity was calculated.

【0297】上記の分析を視野を変えながらそれぞれ1
0回行なった。分析結果を表16に示す。また表16に
は併せて、実施例18A〜18Cにおける方法と同一方
法で測定した試料製造時の冷却速度を示す。
[0297] Each of the above analyzes was performed while changing the field of view.
Performed 0 times. The analysis results are shown in Table 16. In addition, Table 16 also shows the cooling rates at the time of sample production, which were measured by the same method as in Examples 18A to 18C.

【0298】[0298]

【表16】 [Table 16]

【0299】表16により比較例25,比較例26,比
較例27,実施例22,実施例24,実施例23の順に
平均強度に対する最大強度値が低下していることがわか
る。
Table 16 shows that the maximum strength value with respect to the average strength decreases in the order of Comparative Example 25, Comparative Example 26, Comparative Example 27, Example 22, Example 24, and Example 23.

【0300】次いで、各試料の結晶型を実施例1〜9に
記載の方法により観察し結果を表17に示す。
Next, the crystal form of each sample was observed by the method described in Examples 1 to 9 and the results are shown in Table 17.

【0301】[0301]

【表17】 [Table 17]

【0302】表17で比較例25,実施例24に数値の
記載がない理由は、比較例25ではほぼその全断面に亘
って等軸晶組織が観察され、柱状晶組織が認められなか
ったためである。また実施例24では組織を識別するこ
とはできなかったが、やはり柱状晶以外の組織が形成さ
れていたためである。
The reason why no numerical values are shown in Comparative Examples 25 and 24 in Table 17 is that in Comparative Example 25, an equiaxed crystal structure was observed over almost the entire cross section and no columnar crystal structure was observed. is there. Further, in Example 24, the structure could not be identified, but this is also because the structure other than the columnar crystals was formed.

【0303】表16と表17を比較すると柱状晶が認め
られた比較例26,27,実施例22,23において、
柱状晶の割合とMn分布の均一性に対応があったのは、
実施例22,23の如く冷却速度が速い場合には、溶湯
の凝固が急速に起こるため、凝固が冷却面より一方向に
進行し柱状晶が成長し易くなり、柱状晶の割合が増加す
る。また、急速に凝固するため、特定の元素が粒内や粒
界に偏析を形成するのに要する時間溶湯状態で存在する
ことができないため、Mnのように分布不均一や偏析を
生じ易い元素においても、分布の均一性を維持したまま
凝固したためと考えられる。
Comparison between Table 16 and Table 17 shows that in Comparative Examples 26 and 27 and Examples 22 and 23 in which columnar crystals were observed,
The correspondence between the columnar crystal ratio and the uniformity of Mn distribution was
When the cooling rate is fast as in Examples 22 and 23, the solidification of the molten metal occurs rapidly, so that the solidification proceeds in one direction from the cooling surface, columnar crystals are likely to grow, and the proportion of columnar crystals increases. Further, since it rapidly solidifies, a specific element cannot exist in the molten state for the time required to form segregation in the grain or in the grain boundary. Therefore, in an element such as Mn, which tends to cause uneven distribution or segregation. It is also considered that the solidification occurred while maintaining the uniformity of distribution.

【0304】また実施例24が柱状晶が認められないに
も拘らずMnの分布の均一性に優れているのは、やはり
冷却速度が非常に急速であるため、特定の元素が粒内や
粒界に偏析を形成するのに要する時間溶湯状態で存在す
ることができないため、Mnのように分布不均一や偏析
を生じ易い元素においても分布の均一性を維持したまま
凝固したためと考えられる。
In Example 24, even though no columnar crystals were observed, the uniformity of the Mn distribution was excellent. It is considered that since it cannot exist in the molten state for the time required to form segregation in the boundary, even elements such as Mn that are likely to cause nonuniform distribution or segregation have solidified while maintaining uniform distribution.

【0305】次に、これらの試料を使用して、以下に示
す手順で電極を作成した。まずこれらの合金をボールミ
ルにより粉砕後、200メッシュのふるいにより200
メッシュ以上の大きな粒子を除外し、水素吸蔵合金粉末
とした。次に、これらの合金粉と粉末PTFE、ケッチ
ェンブラックをそれぞれ95.5重量%,4重量%,
0.5重量%となるように秤量した後、カッターミルに
てPTFEが繊維化するまで撹拌・混合した。このよう
にして出来た綿状の混合物を、ニッケル金網上に散布
し、ローラプレスにて圧延することにより水素吸蔵合金
電極とした。
Next, using these samples, electrodes were prepared in the following procedure. First, these alloys are crushed by a ball mill and then crushed to 200 by a 200 mesh sieve.
Particles larger than the mesh were excluded to obtain a hydrogen storage alloy powder. Next, these alloy powder, powdered PTFE, and Ketjen black were added at 95.5% by weight, 4% by weight, and 4% by weight, respectively.
After weighing so as to be 0.5% by weight, the mixture was stirred and mixed by a cutter mill until the PTFE was formed into fibers. The cotton-like mixture thus produced was sprayed on a nickel wire mesh and rolled by a roller press to obtain a hydrogen storage alloy electrode.

【0306】これらの電極を焼結式のニッケル電極でナ
イロン製のセパレータを介して挟み、8規定水酸化カリ
ウム水溶液に浸漬して充放電を行なうことによりサイク
ル寿命を評価した。
The cycle life was evaluated by sandwiching these electrodes between sintered nickel electrodes with a nylon separator interposed between them and immersing them in an 8N potassium hydroxide aqueous solution for charging and discharging.

【0307】条件は電極中の合金重量1g当り220m
Aの電流で1時間充電した後、酸化水銀電極に対して、
−0.5Vになるまで、やはり合金1g当り220mA
の電流で放電を行なうサイクルを繰り返した。電極容量
が初期の50%にまで低下したサイクル数をサイクル寿
命とした。評価温度は20℃である。サイクル進行に伴
う容量の変化を図37に、サイクル寿命を表18に示
す。
The condition is 220 m per 1 g of alloy weight in the electrode.
After charging with the current of A for 1 hour, to the mercury oxide electrode,
220mA per gram of alloy until -0.5V
The cycle of discharging with the current of was repeated. The cycle life was defined as the number of cycles in which the electrode capacity decreased to 50% of the initial value. The evaluation temperature is 20 ° C. FIG. 37 shows the change in capacity with the progress of the cycle, and Table 18 shows the cycle life.

【0308】[0308]

【表18】 [Table 18]

【0309】このように、水素吸蔵合金中のMn濃度に
対応するX線強度比が1.4前後である比較例25から
比較例27では単極でのサイクル寿命がほぼ350サイ
クルであるのに対し、濃度比が本発明の範囲である1.
3以下となる実施例22から実施例24においては単極
サイクル寿命がそれぞれ620サイクルから740サイ
クルと大幅に長くなることが確認された。
As described above, in Comparative Example 25 to Comparative Example 27 in which the X-ray intensity ratio corresponding to the Mn concentration in the hydrogen storage alloy was about 1.4, the cycle life at a single electrode was about 350 cycles. On the other hand, the concentration ratio is within the range of the present invention.
It was confirmed that in Examples 22 to 24 in which the number of cycles was 3 or less, the unipolar cycle life was significantly increased from 620 cycles to 740 cycles, respectively.

【0310】次に、実際の電池での性能を調べるため、
これらの合金を使用して以下の手順により電池を作成
し、サイクル寿命を評価した。
Next, in order to investigate the performance of an actual battery,
Using these alloys, batteries were prepared by the following procedure and the cycle life was evaluated.

【0311】水素吸蔵合金電極は、上述の電極評価用の
電極と同一の作成方法により作成した。なお、電極中の
水素吸蔵合金量は9g±0.2gとなるように留意し
た。
The hydrogen storage alloy electrode was manufactured by the same manufacturing method as the above-mentioned electrode for electrode evaluation. Note that the amount of hydrogen storage alloy in the electrode was set to 9 g ± 0.2 g.

【0312】ニッケル電極は水酸化ニッケル90重量%
と一酸化コバルト10重量%に少量のCMCと水50重
量%を撹拌・混合しペーストとしたものを、三次元構造
をしたニッケル多孔体に充填・乾燥後、ローラプレスに
より圧延することにより作成した。この際、電極中の水
酸化ニッケル重量より算出される容量が1.1Ahとな
るようにした。
Nickel electrode is 90% by weight of nickel hydroxide
And 10% by weight of cobalt monoxide were mixed with a small amount of CMC and 50% by weight of water to form a paste, which was filled in a nickel porous body having a three-dimensional structure, dried, and rolled by a roller press. . At this time, the capacity calculated from the weight of nickel hydroxide in the electrode was set to 1.1 Ah.

【0313】このようにして作成した水素吸蔵合金電極
とニッケル電極とを組み合せ、ポリプロピレン不識布か
らなるセパレータを介して捲回して電極群を構成した。
この電極群をAA型(単三型)の電池缶へ挿入し、7規
定水酸化カリウム+1規定水酸化リチウムの混合水溶液
を電解液として注入し、作動圧15kgf/cm2 の安全弁を
有する正極端子板で密閉することにより図3に示す試験
電池を構成した。
The hydrogen storage alloy electrode thus prepared and the nickel electrode were combined and wound with a separator made of polypropylene blind cloth to form an electrode group.
Insert this electrode group into an AA type (AA type) battery can, inject a mixed aqueous solution of 7N potassium hydroxide + 1N lithium hydroxide as an electrolytic solution, and positive electrode terminal with a safety valve with an operating pressure of 15 kgf / cm 2. The test battery shown in FIG. 3 was constructed by sealing with a plate.

【0314】これらの電池を使用して、サイクル寿命を
評価した。条件は1.1Aで1.5時間充電した後、電
池電圧が0.8Vになるまで1Aで放電するサイクルを
繰り返した。電池容量が初期容量の50%までに低下す
るサイクル数をサイクル寿命とした。試験温度は25℃
である。図38にサイクル進行に伴う、電池容量の変化
を示し、図39に同じくサイクル進行に伴う電池内圧の
変化を示し、表19にサイクル寿命を示す。
Cycle life was evaluated using these batteries. The conditions were such that the battery was charged at 1.1 A for 1.5 hours, and then the cycle of discharging at 1 A was repeated until the battery voltage reached 0.8 V. The cycle life was defined as the number of cycles at which the battery capacity decreased to 50% of the initial capacity. Test temperature is 25 ℃
Is. FIG. 38 shows the change in battery capacity with the progress of the cycle, FIG. 39 shows the change in battery internal pressure with the progress of the cycle, and Table 19 shows the cycle life.

【0315】なおこの際、以下の手順にて電池化した電
極においてもMnの分布不均一での場合と同様に観察し
得ることを確認した。
At this time, it was confirmed that the same procedure as in the case where the distribution of Mn was nonuniform was observed even in the electrode made into a battery by the following procedure.

【0316】1)電池放電 まず電池作製後の充放電サイクルが進んでいない電池を
試料として用意する。充放電サイクルの進行に伴い、合
金中のMn均一性が変化するため、試料として使用する
電池の充放電サイクルはできれば10サイクル以下であ
ることが望ましい。この電池を電池状態で110mAの
電流で電池電圧が0.8Vになるまで放電させた後、電
池両極間に10KΩの抵抗を接続し10時間放置し完全
に放電を行なった。このように2段階に分けて完全に放
電を行なったのは、残留水素による発火を防止するため
である。
1) Battery Discharge First, a battery is prepared as a sample in which charge / discharge cycles have not progressed after the battery was manufactured. Since the uniformity of Mn in the alloy changes as the charging / discharging cycle progresses, the charging / discharging cycle of the battery used as a sample is preferably 10 cycles or less if possible. This battery was discharged in a battery state at a current of 110 mA until the battery voltage became 0.8 V, and then a resistor of 10 KΩ was connected between both electrodes of the battery and left for 10 hours for complete discharge. The reason why the complete discharge is performed in two stages is to prevent ignition due to residual hydrogen.

【0317】2)電極水洗 上記の放電が終了した後、電池を解体し水素吸蔵合金電
極を取り出す。取り出した水素吸蔵合金電極は、電極中
に放電リザーブとして残留している水素を除去する目的
と、電解液により、樹脂の固化の不充分や、試料と樹脂
との付着強度の低下を防止することを目的として、純水
で充分に洗浄した後、真空乾燥器で完全に乾燥を行なっ
た。
2) Electrode washing with water After the above discharge is completed, the battery is disassembled and the hydrogen storage alloy electrode is taken out. The hydrogen storage alloy electrode taken out is for the purpose of removing hydrogen remaining as a discharge reserve in the electrode, and preventing the resin from being insufficiently solidified or the adhesion strength between the sample and the resin being lowered by the electrolytic solution. For this purpose, after thoroughly washing with pure water, it was completely dried with a vacuum dryer.

【0318】3)樹脂埋め込み 乾燥が終了した電極を、10mm×5mm程度の大きさに裁
断し、直径20mmのSEM試料用樹脂埋め込み枠(ポリ
プロピレン製)中央部に散布する。次いで、SEM試料
埋め込み用として市販されているエポキシ樹脂(ビュー
ラー社製EPO−MIX)を、樹脂と硬化剤とを良く混
合した後、上記埋め込み枠に注入して硬化させる。この
際、試料と樹脂との密着性を向上させるため、樹脂を予
め60℃程度まで加温して粘度を低下させておいたり、
樹脂注入後、真空デシケータ中で真空引きして脱泡を行
なうとさらに好ましい。
3) Resin Embedding The dried electrode is cut into a size of about 10 mm × 5 mm and scattered on the center of the resin embedding frame (made of polypropylene) for SEM sample with a diameter of 20 mm. Next, a commercially available epoxy resin (EPO-MIX manufactured by Buehler Co.) for embedding the SEM sample is thoroughly mixed with the resin and the curing agent, and then injected into the embedding frame to be cured. At this time, in order to improve the adhesion between the sample and the resin, the resin is heated in advance to about 60 ° C. to reduce the viscosity,
After injecting the resin, it is more preferable to degas by vacuuming in a vacuum desiccator.

【0319】4)研磨 上記手順により埋め込みを行なった試料を次いで研磨機
で鏡面仕上げとなるまで研磨する。水素吸蔵合金試料は
水と反応し易いため、研磨はメチルアルコールを滴下し
ながら耐水研磨紙の目の荒さを180番,400番,8
00番と順に細かくしながら200rpmで回転する回
転式研磨機により研磨した後、同じく回転研磨機にフェ
ルトをセットしダイアモンドペーストの粒度を15μ
m,3μm,0.25μmの順に細かくしながら研磨し
鏡面仕上げとした。
4) Polishing The sample embedded by the above procedure is then polished by a polishing machine until it has a mirror finish. Since the hydrogen-absorbing alloy sample easily reacts with water, the roughness of the water-resistant abrasive paper should be 180, 400, 8 while dropping methyl alcohol during polishing.
After polishing with a rotary polishing machine that rotates at 200 rpm while making it finer in the order of 00, set felt on the rotary polishing machine and set the particle size of diamond paste to 15μ.
m, 3 μm, 0.25 μm in this order while polishing to obtain a mirror finish.

【0320】5)EPMA観察 次にこれらの試料について、前記と同様な手順でEPM
Aを使用し、試料中のMn濃度に対応するX線強度値の
平均値および最大値を測定した。この測定結果を表20
に示すが、表16に記載の数値とほぼ同様の数値が得ら
れ、電極化後、または電池化後でも充分に観察可能であ
ることが確認された。
5) EPMA observation Next, with respect to these samples, EPM was conducted in the same procedure as described above.
A was used to measure the average and maximum of the X-ray intensity values corresponding to the Mn concentration in the sample. This measurement result is shown in Table 20.
Although it is shown in Table 1, it was confirmed that the same numerical values as those shown in Table 16 were obtained, and that they were sufficiently observable even after being made into an electrode or made into a battery.

【0321】[0321]

【表19】 [Table 19]

【0322】[0322]

【表20】 [Table 20]

【0323】このように、上述の電極評価の結果と同様
にMn分布の均一性が低い比較例25から比較例27の
合金を使用した電池では、充放電サイクルの比較的初期
から水素吸蔵合金の劣化に起因する電池内圧の上昇が認
められた。これに伴う安全弁からの電解液の流出によ
り、電池容量が低下し、ほぼ130サイクル前後のサイ
クル寿命しか得られなかった。それに対し、均一性が向
上した実施例22から実施例24を使用した電池では内
圧の上昇が比較的緩慢であり、その結果、サイクル寿命
として、それぞれ410から510サイクルと二次電池
の実用寿命である300サイクルを大きく超える寿命を
得ることに成功した。このように、実電池においてもM
nの分布の均一性を本発明の範囲とすることにより、サ
イクル寿命を大幅に長くすることが可能であることが確
認された。
As described above, in the batteries using the alloys of Comparative Examples 25 to 27, in which the uniformity of Mn distribution is low as in the result of the above-described electrode evaluation, the hydrogen storage alloys were formed from the relatively early stage of the charge / discharge cycle. An increase in battery internal pressure due to deterioration was observed. Due to the outflow of the electrolytic solution from the safety valve, the battery capacity decreased, and only a cycle life of about 130 cycles was obtained. On the other hand, in the batteries using Examples 22 to 24 with improved uniformity, the increase in internal pressure was relatively slow, and as a result, the cycle life was 410 to 510 cycles and the practical life of the secondary battery, respectively. We succeeded in obtaining a life significantly exceeding 300 cycles. Thus, even in an actual battery, M
It was confirmed that the cycle life can be significantly extended by setting the uniformity of the distribution of n within the range of the present invention.

【0324】実施例25,26,比較例28,29 合金とした際に組成がLmNi4.0 Co0.4 Mn0.3
0.3 (LmはLa富化ミッシュメタル)となるよう
に、溶解時の減耗を予め見込んでLm,Ni,Co,M
n,Alを秤量した。次いで、これらの原料を高周波誘
導炉で溶解し、通常の鋳型へ流し込み比較例28の合金
を作製した。また、図1に示す単ロール装置において、
冷却ロールとして直径300mmの銅製ロールを用い、真
空中で800rpmで回転させ、射出ノズルと冷却ロー
ルとの間隙幅を50mmに設定し、射出圧力を0.1kgf/
cm2 として厚さ約100μmの比較例29の合金を調製
した。また射出圧力を0.02kgf/cm2 として厚さが2
0μmの実施例25のフレーク状の合金試料を作製し
た。これら以外に図33に示すイナートガスアトマイズ
法装置により、平均粒径20μmの水素吸蔵合金粉を調
製し、実施例26とした。
When the alloys of Examples 25 and 26 and Comparative Examples 28 and 29 were used, the composition was LmNi 4.0 Co 0.4 Mn 0.3 A.
l 0.3 (Lm is La-enriched misch metal) Lm, Ni, Co, M
n and Al were weighed. Next, these raw materials were melted in a high frequency induction furnace and poured into an ordinary mold to prepare an alloy of Comparative Example 28. In addition, in the single roll device shown in FIG.
A copper roll with a diameter of 300 mm is used as a cooling roll, which is rotated at 800 rpm in vacuum, the gap width between the injection nozzle and the cooling roll is set to 50 mm, and the injection pressure is 0.1 kgf /
An alloy of Comparative Example 29 having a thickness of about 100 μm as cm 2 was prepared. The injection pressure is 0.02 kgf / cm 2 and the thickness is 2
A 0 μm flaky alloy sample of Example 25 was prepared. In addition to these, a hydrogen storage alloy powder having an average particle diameter of 20 μm was prepared by an inert gas atomizing method apparatus shown in FIG.

【0325】これらの合金試料の偏析しているMnの大
きさを以下に示す方法で調べた。まず合金試料を実施例
22〜24と同様な手順により合成樹脂に封入した後、
研磨機で鏡面仕上げとした。
The size of Mn segregated in these alloy samples was examined by the following method. First, the alloy sample was sealed in a synthetic resin by the same procedure as in Examples 22 to 24, and then,
Polished to a mirror finish.

【0326】次いで、EDX(KEVEX社製)付きの
SEM(ABT社製,ABT−55)に上記試料をセッ
トして観察を行なった。まず、EDXによりMnおよび
その他の水素吸蔵合金構成元素のマッピング観察を行な
い、Mnが単独で偏析している箇所を探し出す。但し、
EDXはEPMAに比較して分解能が低いため、マッピ
ング観察の結果から直接偏析の大きさを求めることは困
難であるため、Mn偏析の大きさを正確に知るためには
EDXで求めたMn濃度の高い点をSEMで観察する必
要がある。つまり、Mnや、その他の元素の濃度が合金
組成に比較して異なっている点はSEM上で合金部分と
反射電子線の強度が異なる点として観察されるので、そ
の強度の異なる原因をEDXで断定し、次いで領域の大
きさをSEMでの観察結果から求めた。
Then, the above sample was set in a SEM (ABT, ABT-55) equipped with EDX (KEVEX) and observed. First, mapping observation of Mn and other constituent elements of the hydrogen storage alloy is carried out by EDX, and a portion where Mn is segregated alone is searched for. However,
Since the resolution of EDX is lower than that of EPMA, it is difficult to directly determine the magnitude of segregation from the result of mapping observation. Therefore, in order to accurately know the magnitude of Mn segregation, the Mn concentration determined by EDX should be High points need to be observed by SEM. That is, the difference in the concentration of Mn and other elements compared with the alloy composition is observed on the SEM as the difference in the intensity of the reflected electron beam from the alloy portion. After making an assertion, the size of the region was determined from the results of observation with SEM.

【0327】比較例28,比較例29,実施例25,実
施例26について、上述のSEM+EDXによりMn偏
析の大きさの観察を行なった結果を表21に示す。な
お、本表を作製するに際しては1試料当り10箇所の視
野について観察を行なった。
Table 21 shows the results of observing the magnitude of Mn segregation by the above-mentioned SEM + EDX for Comparative Example 28, Comparative Example 29, Example 25, and Example 26. When preparing this table, observation was performed on 10 visual fields per sample.

【0328】[0328]

【表21】 [Table 21]

【0329】次いで、各試料の結晶型を実施例1〜9に
記載の方法により観察し結果を表22に示す。
Next, the crystal form of each sample was observed by the method described in Examples 1 to 9 and the results are shown in Table 22.

【0330】[0330]

【表22】 [Table 22]

【0331】表22で比較例28,実施例26に数値の
記載がない理由は、比較例28ではほぼその全面に亘っ
て等軸晶組織が観察され、柱状晶組織が認められなかっ
たためである。また実施例26では組織を識別すること
はできなかったが、やはり柱状晶以外の組織が形成され
ていためである。
The reason why no numerical values are described in Comparative Example 28 and Example 26 in Table 22 is that in Comparative Example 28, an equiaxed crystal structure was observed over almost the entire surface and no columnar crystal structure was observed. . In Example 26, the structure could not be identified, but this is because the structure other than the columnar crystal was formed.

【0332】表21と表22とを比較すると柱状晶が認
められた比較例29,実施例25において、柱状晶の割
合とMn偏析の大きさに対応があった理由は以下の通り
である。すなわち比較例29,実施例25の如く冷却速
度が速い場合には、溶湯の凝固が急速に起こるため、凝
固がより冷却面より一方向に進行し柱状晶が成長し易く
なり、柱状晶の割合が増加する。また、急速に凝固する
ため、特定の元素が粒内や粒界に偏析を形成するのに要
する時間まで溶湯状態で存在することが困難となる。ま
た偏析した場合でも、偏析物の成長が困難となるため、
Mnのように偏析を生じ易い元素であっても大きな偏析
物とならないからと考えられる。また実施例26が柱状
晶が認められないにも拘らずMn偏析物の大きさが小さ
いのは、やはり冷却速度が非常に急速であるため、特定
の元素が粒内や粒界に偏析を形成するのに要する時間ま
で溶湯状態で存在することが困難となり、また偏析した
場合でも、偏析物の成長が困難となるため、Mnのよう
に偏析を生じ易い元素においても大きな偏析物とならな
いものと考えられる。
The comparison between Table 21 and Table 22 shows that columnar crystals were observed in Comparative Example 29 and Example 25, and there was a correspondence between the columnar crystal ratio and the magnitude of Mn segregation for the following reason. That is, when the cooling rate is high as in Comparative Example 29 and Example 25, solidification of the molten metal occurs rapidly, so that solidification proceeds more in one direction from the cooling surface and columnar crystals are more likely to grow. Will increase. Further, since it solidifies rapidly, it becomes difficult for a specific element to exist in a molten state until the time required for forming a segregation in a grain or a grain boundary. Even if segregation occurs, it becomes difficult for the segregated material to grow.
It is considered that even an element such as Mn that easily causes segregation does not become a large segregated product. Further, in Example 26, the size of the Mn segregation product is small in spite of the absence of columnar crystals, since the cooling rate is also very rapid, a specific element forms segregation in the grain or in the grain boundary. It is difficult to exist in the molten state until the time required for the formation, and even if segregation occurs, it is difficult to grow segregated substances. Therefore, even elements such as Mn that easily cause segregation do not become large segregated substances. Conceivable.

【0333】次に、これらの試料をそれぞれ20gをガ
ス導入管付きの密閉容器(容積50cc)に封入し、密閉
容器を10℃の冷却水に浸漬させながら配管より10kg/
cm2に加圧した水素を吸蔵させた後、密閉容器を60℃
の温水に浸漬させながら配管を真空ポンプへ接続し吸蔵
させた水素を脱蔵させた。上記の吸蔵脱蔵を1000回
繰り返した後の試料の粒度分布をレーザ散乱型の粒度分
布測定装置(セイシン企業製)により測定した。その結
果を下記表23に示す。
Next, 20 g of each of these samples was sealed in a closed container (volume: 50 cc) equipped with a gas introduction tube, and the sealed container was immersed in cooling water at 10 ° C., and 10 kg /
After absorbing hydrogen pressurized to cm 2 , close the container at 60 ° C.
The pipe was connected to a vacuum pump while being immersed in the warm water described above to desorb the absorbed hydrogen. The particle size distribution of the sample after repeating the above occlusion and desorption for 1000 times was measured by a laser scattering type particle size distribution measuring device (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). The results are shown in Table 23 below.

【0334】[0334]

【表23】 [Table 23]

【0335】上記表23によりMn偏析物の大きさが小
さく本発明の範囲内である実施例25では1000回の
水素吸蔵脱蔵を繰り返しても、試験前の平均粒径である
35μmが27μmに、実施例26では平均粒径20μ
mが17μmにまでしか低下せず、水素吸蔵合金への水
素の吸蔵脱蔵による微粉化が抑制されていることがわか
る。これに対し、比較例28,比較例29では初期の平
均粒径35μmがそれぞれ9μm,13μmまで微粉化
が進行していることが確認された。
According to Table 23 above, in Example 25 in which the size of the Mn segregated product is small and is within the scope of the present invention, even after repeating hydrogen storage and desorption 1000 times, the average particle size of 35 μm before the test becomes 27 μm. In Example 26, the average particle size was 20μ
It can be seen that m is reduced to only 17 μm, and the pulverization by hydrogen storage / desorption in the hydrogen storage alloy is suppressed. On the other hand, in Comparative Examples 28 and 29, it was confirmed that the initial average particle size of 35 μm progressed to 9 μm and 13 μm, respectively.

【0336】次に、上記試験で確認された微粉化挙動の
差が実際の電極特性に与える影響を調べるため、電極で
のサイクル寿命試験を行なった。
Next, in order to investigate the effect of the difference in the pulverization behavior confirmed in the above test on the actual electrode characteristics, a cycle life test was performed on the electrodes.

【0337】そこで以下に示す手順で電極を作製した。
まず上記各合金をボールミルにより粉砕後、200メッ
シュのふるいにより200メッシュ以上の大きな粒子を
除外し、水素吸蔵合金粉末とした。次いで、これらの合
金粉と粉末PTFEと、ケッチェンブラックとをそれぞ
れ95.5重量%,4重量%,0.5重量%となるよう
に秤量した後、カッターミルにてPTFEが繊維化する
まで撹拌・混合した。このようにしてできた綿状の混合
物を、ニッケル金網上に散布し、ローラプレスにて圧延
することにより水素吸蔵合金電極とした。
Therefore, an electrode was manufactured by the following procedure.
First, each of the above alloys was pulverized by a ball mill, and then large particles of 200 mesh or more were removed by a 200 mesh sieve to obtain a hydrogen storage alloy powder. Next, these alloy powders, powdered PTFE, and Ketjen black were weighed so as to be 95.5% by weight, 4% by weight, and 0.5% by weight, respectively, and then the PTFE was made into fibers by a cutter mill. Stir and mix. The cotton-like mixture thus produced was sprayed on a nickel wire mesh and rolled by a roller press to obtain a hydrogen storage alloy electrode.

【0338】これらの電極を焼結式のニッケル電極でナ
イロン製のセパレータを介して挟み、8規定の水酸化カ
リウム水溶液に浸漬して充放電を行なうことでサイクル
寿命を評価した。
The cycle life was evaluated by sandwiching these electrodes between sintered nickel electrodes with a nylon separator interposed between them and immersing them in an 8N aqueous potassium hydroxide solution for charging and discharging.

【0339】条件は電極中の合金重量1g当り220m
Aの電流で1時間充電した後、酸化水銀電極に対して−
0.5Vになるまで、やはり合金1g当り220mAの
電流で放電を行なうサイクルを繰り返した。電極容量が
初期値の50%にまで低下するまでのサイクル数をサイ
クル寿命とした。評価温度は20℃である。サイクル寿
命を下記表24に示す。
The condition is 220 m per 1 g of alloy weight in the electrode.
After charging with the current of A for 1 hour, the mercury oxide electrode was
The cycle of discharging at a current of 220 mA / g of alloy was repeated until the voltage reached 0.5 V. The cycle life was defined as the number of cycles until the electrode capacity decreased to 50% of the initial value. The evaluation temperature is 20 ° C. The cycle life is shown in Table 24 below.

【0340】[0340]

【表24】 [Table 24]

【0341】表24の結果を表23の結果と比較する
と、微粉化が抑制されている実施例25,26に比較し
て、微粉化が進行し易い比較例28,29の寿命が短か
いことがわかり、微粉化の進行を抑制することによりサ
イクル寿命の大幅な延長が可能であることが確認され
た。
Comparing the results in Table 24 with the results in Table 23, the lifespans of Comparative Examples 28 and 29 in which pulverization is more likely to progress are shorter than those of Examples 25 and 26 in which pulverization is suppressed. It was confirmed that it is possible to significantly extend the cycle life by suppressing the progress of pulverization.

【0342】なおこの際、以下の手順にて電極化した合
金においてもMnの偏析の大きさが合金単体の場合と同
様に観察し得ることを確認した。
At this time, it was confirmed that the magnitude of segregation of Mn can be observed in the alloy formed into an electrode by the following procedure as in the case of the alloy alone.

【0343】1)電極放電 まず電極作製後の充放電サイクルが進んでいない電極を
試料として用意する。充放電サイクルの進行に伴い、合
金中のMn偏析の状態が変化するため、試料として使用
する電極の充放電サイクルはできれば10サイクル以下
であることが望ましい。この電極を0.1Cの電流で電
極電圧が酸化水銀電極に対し−0.5Vになるまで放電
させ完全放電を行なった。このように完全に放電を行な
ったのは、残留水素による発火を防止するためである。
1) Electrode Discharge First, an electrode in which the charging / discharging cycle has not progressed after electrode preparation is prepared as a sample. Since the state of Mn segregation in the alloy changes as the charge / discharge cycle progresses, the charge / discharge cycle of the electrode used as the sample is preferably 10 cycles or less if possible. This electrode was discharged at a current of 0.1 C until the electrode voltage became −0.5 V with respect to the mercury oxide electrode, and complete discharge was performed. The reason why the complete discharge is performed is to prevent ignition due to residual hydrogen.

【0344】2)電極水洗 上記の放電が終了した後、水素吸蔵合金電極は、電極中
に放電リザーブとして残留している水素を除去する目的
と、電解液により、樹脂の固化の不充分や、試料と樹脂
との付着強度の低下を防止することを目的として、純水
で充分に洗浄した後、真空乾燥器で完全に乾燥を行なっ
た。
2) Electrode water washing After the above-mentioned discharge is completed, the hydrogen storage alloy electrode is used for the purpose of removing hydrogen remaining as a discharge reserve in the electrode, and for insufficient solidification of the resin due to the electrolyte solution. For the purpose of preventing a decrease in adhesion strength between the sample and the resin, the sample was thoroughly washed with pure water and then completely dried with a vacuum dryer.

【0345】3)乾燥が終了した電極を、10mm×5mm
程度の大きさに裁断し、直径20mmのSEM試料用樹脂
埋め込み枠(ポリプロピレン製)中央部に散布する。次
いで、SEM試料埋め込み用として市販されているエポ
キシ樹脂(ビューラー社製EPO−MIX)を、樹脂と
硬化剤とを良く混合した後、上記埋め込み枠に注入し硬
化させる。この際、試料と樹脂との密着性を向上させる
ため、樹脂を予め60℃程度まで加温して粘度を低下さ
せたおいたり、樹脂注入後、真空デシケータ中で真空引
きして脱泡を行うとさらに好ましい。
3) The dried electrode is 10 mm × 5 mm
It is cut to a size of about 20 mm and scattered on the center of a resin-embedded frame (made of polypropylene) for SEM samples with a diameter of 20 mm. Next, a commercially available epoxy resin (EPO-MIX manufactured by Buehler Co.) for embedding the SEM sample is thoroughly mixed with the resin and the curing agent, and then injected into the embedding frame and cured. At this time, in order to improve the adhesion between the sample and the resin, the resin is preheated to about 60 ° C. to reduce the viscosity, or after the resin is injected, vacuum is drawn in a vacuum desiccator to defoam. And more preferable.

【0346】4)研磨 上記手順により埋め込みを行なった試料を次いで研磨機
で鏡面仕上げとなるまで研磨する。水素吸蔵合金試料は
水と反応し易いため、研磨はメチルアルコールを滴下し
ながら耐水研磨紙の目の荒さを180番,400番,8
00番と順に細かくしながら200rpmで回転する回
転式研磨機により研磨した後、同じく回転研磨機にフェ
ルトをセットしダイアモンドペーストの粒度を15μ
m,3μm,0.25μmの順に細かくしながら研磨し
鏡面仕上げとした。
4) Polishing The sample embedded according to the above procedure is then polished by a polishing machine until it has a mirror finish. Since the hydrogen-absorbing alloy sample easily reacts with water, the roughness of the water-resistant abrasive paper should be 180, 400, 8 while dropping methyl alcohol during polishing.
After polishing with a rotary polishing machine that rotates at 200 rpm while making it finer in the order of No. 00, set the felt on the rotary polishing machine and set the particle size of the diamond paste to 15μ.
m, 3 μm, 0.25 μm in this order while polishing to obtain a mirror finish.

【0347】5)EDX観察 次いで、EDX(KEVEX社製)付きのSEM(AB
T社製ABT−55)に上記試料をセットして観察を行
なった。まず、EDXによりMnおよびその他の水素吸
蔵合金構成元素のマッピング観察を行ない、Mnが単独
で偏析している箇所を探し出す。但し、EDXはEMP
Aに比較して分解能が低いため、マッピング観察の結果
から直接偏析の大きさを求めることは困難であるため、
Mn偏析の大きさを正確に知るためにはEDXで求めた
Mn濃度の高い点をSEMで観察する必要がある。つま
り、Mnや、その他の元素の濃度が合金組成に比較して
異なっている点はSEM上で合金部分と反射電子線の強
度が異なる点として観察されるので、その強度の異なる
原因をEDXで断定して次いで領域の大きさをSEMで
の観察結果から求めた。
5) EDX Observation Next, SEM (AB with EDX (manufactured by KEVEX))
The sample was set in ABT-55 manufactured by T. Co. and observed. First, mapping observation of Mn and other constituent elements of the hydrogen storage alloy is carried out by EDX, and a portion where Mn is segregated alone is searched for. However, EDX is EMP
Since the resolution is lower than that of A, it is difficult to directly obtain the size of segregation from the result of mapping observation.
In order to know the magnitude of Mn segregation accurately, it is necessary to observe with SEM the point of high Mn concentration obtained by EDX. That is, the difference in the concentration of Mn and other elements compared to the alloy composition is observed on the SEM as the difference in the intensity of the reflected electron beam from the alloy portion. After making an assertion, the size of the region was determined from the results of SEM observation.

【0348】上記の分析を視野を変えながらそれぞれ1
0回行なった。
Each of the above analyzes was carried out by changing the field of view.
Performed 0 times.

【0349】以上の実施例においては、Bの構成元素と
してNi,Co,Mn,Alを用いたが、例えばCr,
Si,Fe,Cu,Ag,Pd,Sn,In,Ga,G
e,Ti,Zr,Zn等により一部置換を行なっても同
様の結果が得られた。
In the above examples, Ni, Co, Mn and Al were used as the constituent elements of B.
Si, Fe, Cu, Ag, Pd, Sn, In, Ga, G
Similar results were obtained even if partial substitution was performed with e, Ti, Zr, Zn, or the like.

【0350】以上詳述してきたように、水素吸蔵合金容
量を増大させるために非常に効果的であるMnを含有す
る水素吸蔵合金中のMn濃度の最大値を平均値の1.3
倍以下とするか、また、合金中に偏析するMnの最大径
を0.5μm以下にすることにより電解液である濃厚ア
ルカリ水溶液に対する合金の耐食性が向上する他、水素
の吸蔵脱蔵に伴う膨張収縮に起因する微粉化を抑制する
ことが可能となり、水素吸蔵合金の寿命を長くすること
が可能となった。したがって、これらの合金を採用した
ニッケル水素二次電池の長寿命化が可能となった。した
がって、本発明に係る水素吸蔵合金の工業的価値は極め
て大きい。
As described above in detail, the maximum value of Mn concentration in the hydrogen storage alloy containing Mn, which is very effective for increasing the capacity of the hydrogen storage alloy, is 1.3 times the average value.
Or less, or by setting the maximum diameter of Mn segregated in the alloy to 0.5 μm or less, the corrosion resistance of the alloy with respect to a concentrated alkaline aqueous solution that is an electrolytic solution is improved, and the expansion due to hydrogen absorption and desorption It became possible to suppress pulverization due to shrinkage, and it became possible to extend the life of the hydrogen storage alloy. Therefore, it has become possible to extend the life of the nickel-hydrogen secondary battery using these alloys. Therefore, the industrial value of the hydrogen storage alloy according to the present invention is extremely large.

【0351】[0351]

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る第1〜第
3の電池用水素吸蔵合金によれば、Mnを必須元素とす
るAB5 型合金であり、アルカリ二次電池として使用し
た場合に、高容量でかつサイクル寿命および初期特性が
優れた負極材料を提供することができる。
As described above, according to the first to third hydrogen storage alloys for a battery of the present invention, it is an AB 5 type alloy containing Mn as an essential element, and is used as an alkaline secondary battery. In addition, it is possible to provide a negative electrode material having a high capacity and excellent cycle life and initial characteristics.

【0352】また上記合金を、200〜500℃程度の
比較的低温度で熱処理することにより、合金の均質性を
保ちながら、内部歪を除去することが可能であり、より
電池特性が優れたニッケル水素電池を提供することがで
きる。
By heat-treating the above alloy at a relatively low temperature of about 200 to 500 ° C., it is possible to remove internal strain while maintaining the homogeneity of the alloy. A hydrogen battery can be provided.

【0353】また、本発明に係る水素吸蔵合金の製造方
法によれば、高容量でかつサイクル寿命および初期特性
に優れたニッケル水素二次電池用の負極材料を提供する
ことができる。
Further, according to the method for producing a hydrogen storage alloy of the present invention, it is possible to provide a negative electrode material for a nickel-hydrogen secondary battery which has a high capacity and is excellent in cycle life and initial characteristics.

【0354】さらに、本発明に係る第4の水素吸蔵合金
によれば、アルカリ二次電池の負極活物質として使用し
た場合に、劣化が少なくサイクル寿命の長い電極を形成
することができる。
Furthermore, according to the fourth hydrogen storage alloy of the present invention, when used as a negative electrode active material of an alkaline secondary battery, it is possible to form an electrode having little deterioration and long cycle life.

【0355】また、本発明に係るニッケル水素二次電池
は、高容量で長寿命さらには低価格である。
The nickel-hydrogen secondary battery according to the present invention has a high capacity, a long life, and a low price.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】単ロール法による溶湯急冷装置を示す概略図。FIG. 1 is a schematic view showing a molten metal quenching apparatus by a single roll method.

【図2】双ロール法による溶湯急冷装置を示す概略図。FIG. 2 is a schematic view showing a molten metal quenching apparatus by a twin roll method.

【図3】本発明に係るニッケル水素電池の構成例を示す
斜視図。
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of a nickel hydrogen battery according to the present invention.

【図4】溶湯急冷処理したフレーク状の水素吸蔵合金の
金属組織を示す電子顕微鏡写真。
FIG. 4 is an electron micrograph showing a metallographic structure of a flake-shaped hydrogen storage alloy that has been subjected to melt quenching.

【図5】電池より取出した負極に含有される水素吸蔵合
金粒子の金属組織を示す電子顕微鏡写真。
FIG. 5 is an electron micrograph showing a metal structure of hydrogen storage alloy particles contained in a negative electrode taken out from a battery.

【図6】電池より取出した負極に含有される水素吸蔵合
金粒子の金属組織を示す電子顕微鏡写真。
FIG. 6 is an electron micrograph showing the metal structure of hydrogen storage alloy particles contained in the negative electrode taken out from the battery.

【図7】電池より取出した負極に含有される水素吸蔵合
金粒子の金属組織を示す電子顕微鏡写真。
FIG. 7 is an electron micrograph showing the metal structure of hydrogen storage alloy particles contained in the negative electrode taken out from the battery.

【図8】電池より取出した負極に含有される水素吸蔵合
金粒子の金属組織を示す電子顕微鏡写真。
FIG. 8 is an electron micrograph showing a metal structure of hydrogen storage alloy particles contained in a negative electrode taken out from a battery.

【図9】実施例9Bに係る水素吸蔵合金の金属組織を示
す電子顕微鏡写真。
FIG. 9 is an electron micrograph showing the metal structure of the hydrogen storage alloy according to Example 9B.

【図10】図9に示す金属組織の柱状晶を模写した模式
図。
FIG. 10 is a schematic view showing a columnar crystal of the metal structure shown in FIG.

【図11】図9に示す金属組織においてアスペクト比が
1:5以上の柱状晶組織を示す模式図。
11 is a schematic diagram showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 5 or more in the metal structure shown in FIG.

【図12】図9に示す金属組織においてアスペクト比が
1:4以上の柱状晶組織を示す模式図。
12 is a schematic view showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 4 or more in the metal structure shown in FIG.

【図13】図9に示す金属組織においてアスペクト比が
1:3以上の柱状晶組織を示す模式図。
13 is a schematic view showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 3 or more in the metal structure shown in FIG.

【図14】図9に示す金属組織においてアスペクト比が
1:2以上の柱状晶組織を示す模式図。
FIG. 14 is a schematic view showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 2 or more in the metal structure shown in FIG.

【図15】実施例5Aに係る水素吸蔵合金の金属組織を
示す電子顕微鏡写真。
FIG. 15 is an electron micrograph showing the metal structure of the hydrogen storage alloy according to Example 5A.

【図16】図15に示す金属組織の柱状晶を模写した模
式図。
FIG. 16 is a schematic view showing a columnar crystal of the metal structure shown in FIG.

【図17】図15に示す金属組織においてアスペクト比
が1:5以上の柱状晶組織を示す模式図。
17 is a schematic view showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 5 or more in the metal structure shown in FIG.

【図18】図15に示す金属組織においてアスペクト比
が1:4以上の柱状晶組織を示す模式図。
18 is a schematic diagram showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 4 or more in the metal structure shown in FIG.

【図19】図15に示す金属組織においてアスペクト比
が1:3以上の柱状晶組織を示す模式図。
19 is a schematic diagram showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 3 or more in the metal structure shown in FIG.

【図20】図15に示す金属組織においてアスペクト比
が1:2以上の柱状晶組織を示す模式図。
20 is a schematic diagram showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 2 or more in the metal structure shown in FIG.

【図21】実施例12Aに係る水素吸蔵合金の金属組織
を示す電子顕微鏡写真。
FIG. 21 is an electron micrograph showing the metal structure of the hydrogen storage alloy according to Example 12A.

【図22】図21に示す金属組織の柱状晶を模写した模
式図。
22 is a schematic view showing a columnar crystal of the metal structure shown in FIG.

【図23】図21に示す金属組織においてアスペクト比
が1:5以上の柱状晶組織を示す模式図。
23 is a schematic diagram showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 5 or more in the metal structure shown in FIG.

【図24】図21に示す金属組織においてアスペクト比
が1:4以上の柱状晶組織を示す模式図。
24 is a schematic view showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 4 or more in the metal structure shown in FIG.

【図25】図21に示す金属組織においてアスペクト比
が1:3以上の柱状晶組織を示す模式図。
25 is a schematic diagram showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 3 or more in the metal structure shown in FIG.

【図26】図21に示す金属組織においてアスペクト比
が1:2以上の柱状晶組織を示す模式図。
26 is a schematic diagram showing a columnar crystal structure having an aspect ratio of 1: 2 or more in the metal structure shown in FIG. 21. FIG.

【図27】比較例7Bに係る水素吸蔵合金の金属組織を
示す電子顕微鏡写真。
FIG. 27 is an electron micrograph showing the metal structure of the hydrogen storage alloy according to Comparative Example 7B.

【図28】水素吸蔵合金の結晶粒径と充放電サイクル数
との関係を示す特性図。
FIG. 28 is a characteristic diagram showing the relationship between the crystal grain size of a hydrogen storage alloy and the number of charge / discharge cycles.

【図29】合金中のMn濃度の平均値に対する最大値の
比と、合金電極の充放電サイクル数との関係を示す特性
図。
FIG. 29 is a characteristic diagram showing the relationship between the ratio of the maximum value to the average value of Mn concentration in the alloy and the number of charge / discharge cycles of the alloy electrode.

【図30】合金中に偏析しているMn粒子の最大径と充
放電サイクル数との関係を示す特性図。
FIG. 30 is a characteristic diagram showing the relationship between the maximum diameter of Mn particles segregated in the alloy and the number of charge / discharge cycles.

【図31】実施例19における組成比率xと電極容量と
充放電サイクル数との関係を示す特性図。
FIG. 31 is a characteristic diagram showing the relationship between the composition ratio x, the electrode capacity, and the number of charge / discharge cycles in Example 19.

【図32】回転ディスク法による水素吸蔵合金粒子を製
造する装置を示す概略断面図。
FIG. 32 is a schematic sectional view showing an apparatus for producing hydrogen storage alloy particles by a rotating disk method.

【図33】ガスアトマイズ法による水素吸蔵合金粒子を
製造する装置を示す概略断面図。
FIG. 33 is a schematic sectional view showing an apparatus for producing hydrogen storage alloy particles by a gas atomizing method.

【図34】各種負極/正極合金容量比、電解液量による
電池サイクル寿命を比較した線図。
FIG. 34 is a diagram comparing the battery cycle life with various negative electrode / positive electrode alloy capacity ratios and the amount of electrolyte.

【図35】各種負極/正極合金容量比、電解液量による
電池内圧の最大値を比較した線図。
FIG. 35 is a diagram comparing the negative electrode / positive electrode alloy capacity ratio and the maximum value of the battery internal pressure depending on the amount of the electrolytic solution.

【図36】各種負極/正極合金容量比、電解液量による
最大電池容量を比較した線図。
FIG. 36 is a diagram comparing various negative electrode / positive electrode alloy capacity ratios and maximum battery capacities depending on the amount of electrolytic solution.

【図37】比較例25,比較例26,比較例27,実施
例22,実施例23,実施例24における充放電サイク
ルと電極容量との関係を示す線図。
FIG. 37 is a graph showing the relationship between charge / discharge cycle and electrode capacity in Comparative Example 25, Comparative Example 26, Comparative Example 27, Example 22, Example 23, and Example 24.

【図38】AA型電池の充電放電サイクルと電池容量と
の関係を示す線図。
FIG. 38 is a diagram showing the relationship between the charge / discharge cycle of an AA type battery and the battery capacity.

【図39】AA型電池の充電放電サイクルと電池内圧と
の関係を示す線図。
FIG. 39 is a diagram showing the relationship between the charge / discharge cycle of an AA type battery and the battery internal pressure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 冷却チャンバ 2 取鍋 3 合金溶湯 4 注湯ノズル(射出ノズル) 5,5a,5b 冷却ロール 6 水素吸蔵合金 7 溶解炉 8 タンディシュ 9 ディスク回転体 10 粒子回収容器 11 水素吸蔵合金電極(負極) 12 非焼結式ニッケル電極(正極) 13 セパレータ 14 容器 15 穴 16 封口板 17 絶縁性ガスケット 18 正極リード 19 正極端子 20 安全弁 21 絶縁チューブ 22 鍔紙 23 ヒータ 24 溶解炉 25 イナートガスノズル 26 開閉弁 30 侵食部 31 柱状晶 32 等軸晶 33 付着物 34 冷却ロールに対する当接面 35 チル晶 1 Cooling Chamber 2 Ladle 3 Molten Alloy 4 Pouring Nozzle (Injection Nozzle) 5, 5a, 5b Cooling Roll 6 Hydrogen Storage Alloy 7 Melting Furnace 8 Tundish 9 Disc Rotating Body 10 Particle Collection Container 11 Hydrogen Storage Alloy Electrode (Negative Electrode) 12 Non-sintered nickel electrode (positive electrode) 13 Separator 14 Container 15 Hole 16 Sealing plate 17 Insulating gasket 18 Positive electrode lead 19 Positive electrode terminal 20 Safety valve 21 Insulating tube 22 Collar paper 23 Heater 24 Melting furnace 25 Inert gas nozzle 26 Opening valve 30 Erosion part 31 Columnar crystal 32 Equiaxed crystal 33 Adhered matter 34 Contact surface against cooling roll 35 Chill crystal

フロントページの続き (72)発明者 沢 孝雄 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 堀江 宏道 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 八木 典章 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 志津 博美 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 五十崎 義之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 金澤 良子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内Front page continuation (72) Inventor Takao Sawa 8 Shinsita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Pref., Toshiba Corporation Yokohama office (72) Inventor Hiromichi Horie, 8 Shinsita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa (72) Inventor Noriaki Yagi No. 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, Ltd. Incorporated Toshiba Yokohama Works (72) Inventor Hiromi Shizu, Shin-Sugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa (72) Inventor Yoshiyuki Isazaki, 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Toshiba Research and Development Center, a stock company (72) Inventor, Ryoko Kanazawa 1 Komu-shi, Toshiba-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa R & D Center

Claims (33)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式A Nia Mnb c (但
し、AはY(イットリウム)を含む希土類元素より選択
される少なくとも1種の元素、MはCo,Al,Fe,
Si,Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,Hf,V,N
b,Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,In,G
eおよびSnの中から選択される少なくとも1種の元素
を主成分とする金属、3.5≦a≦5,0.1≦b≦
1,0≦c≦1,4.5≦a+b+c≦6)で表わされ
る組成を有する合金から成り、この合金が柱状晶組織を
有し、この柱状晶組織において短径と長径との比(アス
ペクト比)が1:2以上の柱状晶の面積比率が50%以
上であることを特徴とする電池用水素吸蔵合金。
1. A general formula A Ni a Mn b M c (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), M is Co, Al, Fe,
Si, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf, V, N
b, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, In, G
a metal whose main component is at least one element selected from e and Sn, 3.5 ≦ a ≦ 5, 0.1 ≦ b ≦
1,0 ≦ c ≦ 1,4.5 ≦ a + b + c ≦ 6), and the alloy has a columnar crystal structure in which the ratio of the minor axis to the major axis (aspect ratio). A hydrogen storage alloy for batteries, characterized in that the area ratio of columnar crystals having a ratio of 1: 2 or more is 50% or more.
【請求項2】 柱状晶の平均短径が30μm以下である
ことを特徴とする請求項1記載の電池用水素吸蔵合金。
2. The hydrogen storage alloy for a battery according to claim 1, wherein the columnar crystals have an average minor axis of 30 μm or less.
【請求項3】 合金が溶湯急冷合金であり、その溶湯急
冷合金の厚さが10〜150μmであることを特徴とす
る請求項1記載の電池用水素吸蔵合金。
3. The hydrogen storage alloy for a battery according to claim 1, wherein the alloy is a melt-quenched alloy, and the melt-quenched alloy has a thickness of 10 to 150 μm.
【請求項4】 一般式A Nia Mnb c (但
し、AはY(イットリウム)を含む希土類元素より選択
される少なくとも1種の元素、MはCo,Al,Fe,
Si,Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,Hf,V,N
b,Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,In,G
eおよびSnの中から選択される少なくとも1種の元素
を主成分とする金属、3.5≦a≦5,0.1≦b≦
1,0≦c≦1,4.5≦a+b+c≦6)で表わされ
る組成を有する合金から成り、前記合金は、X線マイク
ロアナライザを用いて、該合金の断面20μm四方を観
察領域とし、該観察領域の縦を100分割、横を100
分割した単位領域毎にMnの特性X線強度を観察した
際、各単位領域のMnの特性X線強度の平均値に対し、
各単位領域のMnの特性X線強度のうちの最大値が1.
3倍以下であることを特徴とする電池用水素吸蔵合金。
4. A general formula A Ni a Mn b M c (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), M is Co, Al, Fe,
Si, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf, V, N
b, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, In, G
a metal whose main component is at least one element selected from e and Sn, 3.5 ≦ a ≦ 5, 0.1 ≦ b ≦
1, 0 ≤ c ≤ 1,4.5 ≤ a + b + c ≤ 6), the alloy having an X-ray microanalyzer with a cross section of 20 µm as an observation region, The observation area is divided into 100 vertically and 100 horizontally
When observing the characteristic X-ray intensity of Mn for each of the divided unit regions, the average value of the characteristic X-ray intensity of Mn of each unit region was
The maximum value of the characteristic X-ray intensity of Mn in each unit region is 1.
A hydrogen storage alloy for batteries, which is 3 times or less.
【請求項5】 合金が柱状晶組織を有し、この柱状晶組
織において短径と長径との比(アスペクト比)が1:2
以上の柱状晶の面積比率が50%以上であることを特徴
とする請求項4記載の電池用水素吸蔵合金。
5. The alloy has a columnar crystal structure, and in this columnar crystal structure, the ratio of the minor axis to the major axis (aspect ratio) is 1: 2.
The hydrogen storage alloy for a battery according to claim 4, wherein the area ratio of the columnar crystals is 50% or more.
【請求項6】 柱状晶の平均短径が30μm以下である
ことを特徴とする請求項5記載の電池用水素吸蔵合金。
6. The hydrogen storage alloy for batteries according to claim 5, wherein the columnar crystals have an average minor axis of 30 μm or less.
【請求項7】 一般式A Nia Mnb c (但
し、AはY(イットリウム)を含む希土類元素より選択
される少なくとも1種の元素、MはCo,Al,Fe,
Si,Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,Hf,V,N
b,Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,In,G
eおよびSnの中から選択される少なくとも1種の元素
を主成分とする金属、3.5≦a≦5,0.1≦b≦
1,0≦c≦1,4.5≦a+b+c≦6)で表わされ
る組成を有する合金から成り、合金中に偏析するMn粒
子の最大径が0.5μm以下であることを特徴とする電
池用水素吸蔵合金。
7. A general formula A Ni a Mn b M c (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), M is Co, Al, Fe,
Si, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf, V, N
b, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, In, G
a metal whose main component is at least one element selected from e and Sn, 3.5 ≦ a ≦ 5, 0.1 ≦ b ≦
1, 0 ≤ c ≤ 1,4.5 ≤ a + b + c ≤ 6) for a battery, characterized in that the maximum diameter of Mn particles segregated in the alloy is 0.5 µm or less. Hydrogen storage alloy.
【請求項8】 合金が柱状晶組織を有し、この柱状晶組
織において短径と長径との比(アスペクト比)が1:2
以上の柱状晶の面積比率が50%以上であることを特徴
とする請求項7記載の電池用水素吸蔵合金。
8. The alloy has a columnar crystal structure, and in this columnar crystal structure, the ratio of the minor axis to the major axis (aspect ratio) is 1: 2.
The hydrogen storage alloy for batteries according to claim 7, wherein the area ratio of the columnar crystals is 50% or more.
【請求項9】 柱状晶の平均短径が30μm以下である
ことを特徴とする請求項8記載の電池用水素吸蔵合金。
9. The hydrogen storage alloy for batteries according to claim 8, wherein the columnar crystals have an average minor axis of 30 μm or less.
【請求項10】 請求項7記載の水素吸蔵合金において
該合金は、X線マイクロアナライザを用いて、該合金の
断面20μm四方を観察領域とし、該観察領域の縦を1
00分割、横を100分割した単位領域毎にMnの特性
X線強度を観察した際、各単位領域のMnの特性X線強
度の平均値に対し、各単位領域のMnの特性X線強度の
うちの最大値が1.3倍以下であることを特徴とする電
池用水素吸蔵合金。
10. The hydrogen storage alloy according to claim 7, wherein the alloy has an X-ray microanalyzer as an observation region with a cross section of 20 μm square, and the observation region has a length of 1 mm.
When observing the characteristic X-ray intensity of Mn in each of the unit regions divided into 00 and 100 in the horizontal direction, the characteristic X-ray intensity of Mn in each unit region is compared with the average value of the characteristic X-ray intensity of Mn in each unit region. A hydrogen storage alloy for batteries, wherein the maximum value is 1.3 times or less.
【請求項11】 請求項8記載の水素吸蔵合金において
該合金は、X線マイクロアナライザを用いて、該合金の
断面20μm四方を観察領域とし、該観察領域の縦を1
00分割、横を100分割した単位領域毎にMnの特性
X線強度を観察した際、各単位領域のMnの特性X線強
度の平均値に対し、各単位領域のMnの特性X線強度の
うちの最大値が1.3倍以下であることを特徴とする電
池用水素吸蔵合金。
11. The hydrogen storage alloy according to claim 8, wherein the alloy has an X-ray microanalyzer as an observation region having a cross section of 20 μm square, and the observation region has a length of 1 mm.
When observing the characteristic X-ray intensity of Mn in each of the unit regions divided into 00 and 100 in the horizontal direction, the characteristic X-ray intensity of Mn in each unit region is compared with the average value of the characteristic X-ray intensity of Mn in each unit region. A hydrogen storage alloy for batteries, wherein the maximum value is 1.3 times or less.
【請求項12】 請求項9記載の水素吸蔵合金において
該合金は、X線マイクロアナライザを用いて、該合金の
断面20μm四方を観察領域とし、該観察領域の縦を1
00分割、横を100分割した単位領域毎にMnの特性
X線強度を観察した際、各単位領域のMnの特性X線強
度の平均値に対し、各単位領域のMnの特性X線強度の
うちの最大値が1.3倍以下であることを特徴とする電
池用水素吸蔵合金。
12. The hydrogen storage alloy according to claim 9, wherein the alloy has an X-ray microanalyzer as an observation region with a cross section of 20 μm square, and the observation region has a length of 1 mm.
When observing the characteristic X-ray intensity of Mn in each of the unit regions divided into 00 and 100 in the horizontal direction, the characteristic X-ray intensity of Mn in each unit region is compared with the average value of the characteristic X-ray intensity of Mn in each unit region. A hydrogen storage alloy for batteries, wherein the maximum value is 1.3 times or less.
【請求項13】 一般式A Nia Mnb c (但
し、AはY(イットリウム)を含む希土類元素より選択
される少なくとも1種の元素、MはCo,Al,Fe,S
i,Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,Hf,V,Nb,
Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,In,Geお
よびSnの中から選択される少なくとも1種の元素を主
成分とする金属、3.5≦a≦5,0.1≦b≦1,0
≦c≦1,4.5≦a+b+c≦6)で表わされる組成
を有する合金溶湯を高速回転する冷却ロールの走行面に
噴射して急冷凝固せしめる際に1800℃/秒以上の冷
却速度にて急冷処理して溶湯急冷合金を調製して電池用
水素吸蔵合金とすることを特徴とする電池用水素吸蔵合
金の製造方法。
13. A general formula A Ni a Mn b M c (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), and M is Co, Al, Fe, S).
i, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf, V, Nb,
A metal containing at least one element selected from Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, In, Ge and Sn as a main component, 3.5 ≦ a ≦ 5, 0.1 ≦ b ≤1,0
≦ c ≦ 1,4.5 ≦ a + b + c ≦ 6) When the molten alloy is sprayed onto the running surface of a chill roll that rotates at high speed to quench and solidify, it is rapidly cooled at a cooling rate of 1800 ° C./sec or more. A method for producing a hydrogen storage alloy for a battery, characterized by preparing a molten alloy quenching alloy to obtain a hydrogen storage alloy for a battery.
【請求項14】 溶湯急冷合金は高速回転する冷却ロー
ルの走行面の周速を5〜15m/秒の範囲に設定するこ
とを特徴とする請求項13記載の電池用水素吸蔵合金の
製造方法。
14. The method for producing a hydrogen storage alloy for a battery according to claim 13, wherein the melt quench alloy has a peripheral speed of a running surface of a cooling roll that rotates at a high speed in a range of 5 to 15 m / sec.
【請求項15】 合金溶湯の急冷処理を、真空下で実施
することを特徴とする請求項13記載の電池用水素吸蔵
合金の製造方法。
15. The method for producing a hydrogen storage alloy for a battery according to claim 13, wherein the quenching treatment of the molten alloy is carried out under vacuum.
【請求項16】 一般式A Nia Mnb c (但
し、AはY(イットリウム)を含む希土類元素より選択
される少なくとも1種の元素、MはCo,Al,Fe,S
i,Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,Hf,V,Nb,
Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,In,Geお
よびSnの中から選択される少なくとも1種の元素を主
成分とする金属、3.5≦a≦5,0.1≦b≦1,0
≦c≦1,4.5≦a+b+c≦6)で表わされる組成
を有する合金溶湯を急冷処理して溶湯急冷合金を調製
し、得られた溶湯急冷合金を、200〜500℃の温度
範囲で少なくとも1時間熱処理して電池用水素吸蔵合金
を形成することを特徴とする電池用水素吸蔵合金の製造
方法。
16. A general formula A Ni a Mn b M c (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), and M is Co, Al, Fe, S).
i, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf, V, Nb,
A metal containing at least one element selected from Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, In, Ge and Sn as a main component, 3.5 ≦ a ≦ 5, 0.1 ≦ b ≤1,0
≤ c ≤ 1, 4.5 ≤ a + b + c ≤ 6) to rapidly cool an alloy melt to prepare a melt-quenched alloy, and obtain the melt-quenched alloy at least in a temperature range of 200 to 500 ° C. A method for producing a hydrogen storage alloy for a battery, which comprises heat-treating for 1 hour to form a hydrogen storage alloy for a battery.
【請求項17】 溶湯急冷合金は、高速回転する冷却ロ
ールの走行面に合金溶湯を噴射し急冷凝固せしめて形成
され、上記冷却ロールの走行面の周速を5〜15m/秒
の範囲に設定することを特徴とする請求項16記載の電
池用水素吸蔵合金の製造方法。
17. The melt-quenched alloy is formed by injecting molten alloy onto the traveling surface of a cooling roll that rotates at a high speed and quenching and solidifying the molten alloy, and the peripheral speed of the traveling surface of the cooling roll is set in a range of 5 to 15 m / sec. The method for producing a hydrogen storage alloy for a battery according to claim 16, wherein:
【請求項18】 合金溶湯の急冷処理を、真空下で実施
することを特徴とする請求項16記載の電池用水素吸蔵
合金の製造方法。
18. The method for producing a hydrogen storage alloy for a battery according to claim 16, wherein the quenching treatment of the molten alloy is carried out under vacuum.
【請求項19】 熱処理は、真空中または不活性ガス雰
囲気中で実施することを特徴とする請求項16記載の電
池用水素吸蔵合金の製造方法。
19. The method for producing a hydrogen storage alloy for a battery according to claim 16, wherein the heat treatment is carried out in vacuum or in an inert gas atmosphere.
【請求項20】 少なくとも90体積%が単一相のAB
x (但し、AはY(イットリウム)を含む希土類元素よ
り選択される少なくとも1種を示し、BはNiとCo,A
l,Fe,Si,Cr,Cu,Mn,Ti,Zr,Z
n,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Ag,Pd,
B,Ga,In,GeおよびSnから選ばれる少なくと
も1種の元素を主成分とする金属を示し、xは5.05
≦x≦6を示す)であることを特徴とする電池用水素吸
蔵合金。
20. AB having at least 90% by volume as a single phase
x (where A is at least one selected from rare earth elements including Y (yttrium), B is Ni, Co, A
l, Fe, Si, Cr, Cu, Mn, Ti, Zr, Z
n, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Ag, Pd,
A metal whose main component is at least one element selected from B, Ga, In, Ge and Sn, and x is 5.05.
≦ x ≦ 6)). A hydrogen storage alloy for a battery, wherein
【請求項21】 水素吸蔵合金を含む負極と、ニッケル
酸化物を含む正極とを、セパレータを介して配置し、ア
ルカリ電解液と共に密閉したニッケル水素二次電池にお
いて、前記水素吸蔵合金が一般式A Nia Mnb
c (但し、AはY(イットリウム)を含む希土類元素
より選択される少なくとも1種の元素、MはCo,A
l,Fe,Si,Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,H
f,V,Nb,Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,
In,GeおよびSnの中から選択される少なくとも1
種の元素を主成分とする金属、3.5≦a≦5,0.1
≦b≦1,0≦c≦1,4.5≦a+b+c≦6)で表
わされる組成を有する合金から成り、この合金が柱状晶
組織を有し、この柱状晶組織において短径と長径との比
(アスペクト比)が1:2以上の柱状晶の面積比率が5
0%以上であることを特徴とするニッケル水素二次電
池。
21. In a nickel-hydrogen secondary battery in which a negative electrode containing a hydrogen storage alloy and a positive electrode containing nickel oxide are arranged with a separator interposed therebetween and sealed with an alkaline electrolyte, the hydrogen storage alloy has the general formula A Ni a Mn b
M c (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), M is Co, A
l, Fe, Si, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, H
f, V, Nb, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga,
At least one selected from In, Ge, and Sn
A metal whose main component is a seed element, 3.5 ≦ a ≦ 5, 0.1
≦ b ≦ 1,0 ≦ c ≦ 1,4.5 ≦ a + b + c ≦ 6), and the alloy has a columnar crystal structure, and the columnar crystal structure has a minor axis and a major axis. The area ratio of columnar crystals with a ratio (aspect ratio) of 1: 2 or more is 5
Nickel-hydrogen secondary battery characterized by being 0% or more.
【請求項22】 柱状晶の平均短径が30μm以下であ
ることを特徴とする請求項21記載のニッケル水素二次
電池。
22. The nickel-hydrogen secondary battery according to claim 21, wherein the columnar crystals have an average minor axis of 30 μm or less.
【請求項23】 水素吸蔵合金を含む負極と、ニッケル
酸化物を含む正極とをセパレータを介して配置し、アル
カリ電解液と共に密閉したニッケル水素二次電池におい
て、水素吸蔵合金が一般式A Nia Mnb
c (但し、AはY(イットリウム)を含む希土類元素よ
り選択される少なくとも1種の元素、MはCo,Al,
Fe,Si,Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,Hf,
V,Nb,Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,I
n,GeおよびSnの中から選択される少なくとも1種
の元素を主成分とする金属、3.5≦a≦5,0.1≦
b≦1,0≦c≦1,4.5≦a+b+c≦6)で表わ
される組成を有する合金から成り、前記合金は、X線マ
イクロアナライザを用いて、該合金の断面20μm四方
を観察領域とし、該観察領域の縦を100分割、横を1
00分割した単位領域毎にMnの特性X線強度を観察し
た際、各単位領域のMnの特性X線強度の平均値に対
し、各単位領域のMnの特性X線強度のうちの最大値が
1.3倍以下であることを特徴とするニッケル水素二次
電池。
23. In a nickel-hydrogen secondary battery in which a negative electrode containing a hydrogen storage alloy and a positive electrode containing nickel oxide are disposed with a separator interposed therebetween and sealed with an alkaline electrolyte, the hydrogen storage alloy is represented by the general formula A Ni a Mn b M
c (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), M is Co, Al,
Fe, Si, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf,
V, Nb, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, I
a metal whose main component is at least one element selected from n, Ge and Sn, 3.5 ≦ a ≦ 5, 0.1 ≦
b ≦ 1,0 ≦ c ≦ 1,4.5 ≦ a + b + c ≦ 6), the alloy having an X-ray microanalyzer with a cross section of 20 μm as an observation region. , The observation area is divided into 100 vertically and 1 horizontally
When observing the characteristic X-ray intensity of Mn for each of the 00 divided unit regions, the maximum value of the characteristic X-ray intensities of Mn of each unit region is compared with the average value of the characteristic X-ray intensity of Mn of each unit region. A nickel-hydrogen secondary battery characterized by being 1.3 times or less.
【請求項24】 合金が柱状晶組織を有し、この柱状晶
組織において短径と長径との比(アスペクト比)が1:
2以上の柱状晶の面積比率が50%以上であることを特
徴とする請求項23記載のニッケル水素二次電池。
24. The alloy has a columnar crystal structure, and in this columnar crystal structure, the ratio of the minor axis to the major axis (aspect ratio) is 1 :.
The nickel-hydrogen secondary battery according to claim 23, wherein the area ratio of the two or more columnar crystals is 50% or more.
【請求項25】 柱状晶の平均短径が30μm以下であ
ることを特徴とする請求項23記載のニッケル水素二次
電池。
25. The nickel-hydrogen secondary battery according to claim 23, wherein the columnar crystals have an average minor axis of 30 μm or less.
【請求項26】 水素吸蔵合金を含む負極と、ニッケル
酸化物を含む正極とをセパレータを介して配置し、アル
カリ電解液と共に密閉したニッケル水素二次電池におい
て、水素吸蔵合金が一般式A Nia Mnb
c (但し、AはY(イットリウム)を含む希土類元素よ
り選択される少なくとも1種の元素、MはCo,Al,
Fe,Si,Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,Hf,
V,Nb,Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,I
n,GeおよびSnの中から選択される少なくとも1種
の元素を主成分とする金属、3.5≦a≦5,0.1≦
b≦1,0≦c≦1,4.5≦a+b+c≦6)で表わ
される組成を有する合金から成り、合金中に偏析するM
n粒子の最大径が0.5μm以下であることを特徴とす
るニッケル水素二次電池。
26. In a nickel-hydrogen secondary battery in which a negative electrode containing a hydrogen storage alloy and a positive electrode containing nickel oxide are arranged with a separator interposed therebetween and sealed with an alkaline electrolyte, the hydrogen storage alloy has a general formula A Ni a Mn b M
c (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), M is Co, Al,
Fe, Si, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, Hf,
V, Nb, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga, I
a metal whose main component is at least one element selected from n, Ge and Sn, 3.5 ≦ a ≦ 5, 0.1 ≦
b ≦ 1,0 ≦ c ≦ 1,4.5 ≦ a + b + c ≦ 6) which is an alloy having a composition represented by M and segregates in the alloy.
A nickel-hydrogen secondary battery having a maximum diameter of n particles of 0.5 μm or less.
【請求項27】 合金が柱状晶組織を有し、この柱状晶
組織において短径と長径との比(アスペクト比)が1:
2以上の柱状晶の面積比率が50%以上であることを特
徴とする請求項26記載のニッケル水素二次電池。
27. The alloy has a columnar crystal structure, and in this columnar crystal structure, the ratio of the minor axis to the major axis (aspect ratio) is 1 :.
27. The nickel-hydrogen secondary battery according to claim 26, wherein an area ratio of two or more columnar crystals is 50% or more.
【請求項28】 柱状晶の平均短径が30μm以下であ
ることを特徴とする請求項27記載のニッケル水素二次
電池。
28. The nickel-hydrogen secondary battery according to claim 27, wherein the columnar crystals have an average minor axis of 30 μm or less.
【請求項29】 請求項26記載のニッケル水素二次電
池において、合金は、X線マイクロアナライザを用い
て、該合金の断面20μm四方を観察領域とし、該観察
領域の縦を100分割、横を100分割した単位領域毎
にMnの特性X線強度を観察した際、各単位領域のMn
の特性X線強度の平均値に対し、各単位領域のMnの特
性X線強度のうちの最大値が1.3倍以下であることを
特徴とするニッケル水素二次電池。
29. The nickel-hydrogen secondary battery according to claim 26, wherein the alloy has an X-ray microanalyzer as an observation region having a cross section of 20 μm square, and the observation region is divided into 100 vertical and horizontal regions. When observing the characteristic X-ray intensity of Mn in each of 100 divided unit areas, Mn of each unit area
The maximum value of the characteristic X-ray intensities of Mn in each unit region is 1.3 times or less the average value of the characteristic X-ray intensities of 1.
【請求項30】 請求項27記載の水素吸蔵合金におい
て、合金は、X線マイクロアナライザを用いて、該合金
の断面20μm四方を観察領域とし、該観察領域の縦を
100分割、横を100分割した単位領域毎にMnの特
性X線強度を観察した際、各単位領域のMnの特性X線
強度の平均値に対し、各単位領域のMnの特性X線強度の
うちの最大値が1.3倍以下であることを特徴とするニ
ッケル水素二次電池。
30. The hydrogen storage alloy according to claim 27, wherein the alloy has an X-ray microanalyzer as an observation region having a cross section of 20 μm square, and the observation region has 100 vertical divisions and 100 horizontal divisions. When observing the characteristic X-ray intensity of Mn in each unit region, the maximum value of the characteristic X-ray intensities of Mn in each unit region was 1. A nickel-hydrogen secondary battery characterized by being 3 times or less.
【請求項31】 請求項30記載の水素吸蔵合金におい
て、柱状晶の平均短径が30μm以下であることを特徴
とするニッケル水素二次電池。
31. The nickel-hydrogen secondary battery according to claim 30, wherein the columnar crystals have an average minor axis of 30 μm or less.
【請求項32】 水素吸蔵合金を含む負極と、ニッケル
酸化物を含む正極とをセパレータを介して配置し、アル
カリ電解液と共に密閉したニッケル水素二次電池におい
て、水素吸蔵合金が少なくとも90体積%が単一相のA
x (但し、AはY(イットリウム)を含む希土類元素
より選択される少なくとも1種の元素、MはCo,A
l,Fe,Si,Cr,Cu,Ti,Zr,Zn,H
f,V,Nb,Ta,Mo,W,Ag,Pd,B,Ga,
In,GeおよびSnの中から選択される少なくとも1
種の元素を主成分とする金属を示し、xは5.05≦x
≦6を示す)であることを特徴とするニッケル水素二次
電池。
32. In a nickel-hydrogen secondary battery in which a negative electrode containing a hydrogen storage alloy and a positive electrode containing nickel oxide are arranged with a separator interposed therebetween and sealed with an alkaline electrolyte, at least 90% by volume of the hydrogen storage alloy is contained. Single phase A
B x (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), M is Co, A
l, Fe, Si, Cr, Cu, Ti, Zr, Zn, H
f, V, Nb, Ta, Mo, W, Ag, Pd, B, Ga,
At least one selected from In, Ge, and Sn
A metal whose main component is a seed element, and x is 5.05 ≦ x
≦ 6), A nickel-hydrogen secondary battery characterized by the following.
【請求項33】 水素吸蔵合金が溶湯急冷合金であり、
アルカリ電解液量が負極の水素吸蔵合金の容量に対して
0.4〜1.8ml/Ahの範囲であり、正極のニッケ
ル酸化物の容量に対する負極の水素吸蔵合金の電池放電
状態における未充電状態の合金容量比が1.1〜2.0
の範囲であることを特徴とするニッケル水素二次電池。
33. The hydrogen storage alloy is a melt-quenched alloy,
The amount of the alkaline electrolyte is in the range of 0.4 to 1.8 ml / Ah with respect to the capacity of the negative electrode hydrogen storage alloy, and the negative electrode hydrogen storage alloy with respect to the positive electrode nickel oxide capacity is in an uncharged state in a battery discharge state. Alloy volume ratio of 1.1-2.0
The nickel-hydrogen secondary battery is characterized in that
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