JPH0810591B2 - 水素吸蔵合金電極 - Google Patents

水素吸蔵合金電極

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JPH0810591B2
JPH0810591B2 JP60140168A JP14016885A JPH0810591B2 JP H0810591 B2 JPH0810591 B2 JP H0810591B2 JP 60140168 A JP60140168 A JP 60140168A JP 14016885 A JP14016885 A JP 14016885A JP H0810591 B2 JPH0810591 B2 JP H0810591B2
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    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/242Hydrogen storage electrodes
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は例えば水素電池の水素極に用いられる水素吸
蔵合金電極に関し、更に詳しくは、水素電池の容量増加
に寄与する有効な水素吸蔵合金電極、とりわけ該電極の
基本的な構成要素である電極本体に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 水素二次電池の水素極の素材として水素吸蔵合金が注
目を集めている。これは、水素吸蔵合金が常圧下で大量
の水素を吸蔵しかつまた放出するという性質を備えてい
るからである。
この水素吸蔵合金を用いた水素電池の電極は、概ね次
のような構造体である。すなわち、所定粒径の水素吸蔵
合金の粉末を所定量のバインダーで結着せしめて成る所
定の厚みの電極本体と、この電極本体の少なくとも片面
に圧着して一体的に添着された集電体とから構成されて
いる。
この電極を組込んだ水素電池の場合、まず充電時にお
ける電極本体内の水素吸蔵合金の表面では水の電気分解
によって水素が発生し、この水素が該水素吸蔵合金に吸
蔵され、また放電時にあっては、この吸蔵水素は電解液
中の水酸基と反応して水を生成する。
したがって、水素吸蔵合金は、電池の外部回路と電
気的導通が維持されていること、電解液が該水素吸蔵
合金の表面と接触していること、この2つの条件を同時
に満足することが必要であり、これら条件のうち1つで
も欠落する状態の場合には水素吸蔵合金の表面における
上記電気化学反応が円滑に進行せず電池の電気容量は大
幅に低下することになる。
ところで、上記した2つの条件は、電極本体の表面近
傍では比較的単時間のうちに容易に充足せしめられる
が、しかし、電極本体の内部、すなわち該本体中心部に
おいては、電解液が滲透して該部位の水素吸蔵合金と接
触するまでには相当の時間を必要とするので内部の水素
吸蔵合金は有効に活用されない状態を招く。
一方、電池の高容量化にとっては、単位体積当りの
水素吸蔵合金の量を多くすればよい。それは、電極本
体の成形時にバインダー量を可及的に減少せしめればよ
いことを意味する。そして、上記した電解液と水素吸蔵
合金の表面との接触機会を大とすることの必要制からい
えば、該電極本体の空孔率を大きくすればよい。しか
しながら、との問題は明確に相反する条件である。
また、の条件も、あまりバインダー量を少なくする
と、水素吸蔵合金の水素吸蔵時における膨張、水素放出
時における体積増減の反復による該水素吸蔵合金の微細
化に基づく電極本体の崩壊を阻止する結着能が減少する
ことになって不都合である。
しかしながら、水素電池の高容量化を可能たらしめる
水素吸蔵合金電極に関する適正なキャラクタリゼーショ
ンは行なわれておらず、それゆえ適正な水素吸蔵合金電
極を製造する際に留意すべき条件に関する知見はいまだ
体系的に見出されていない。
[発明の目的] 本発明は、水素電池の高容量化を可能にする水素吸蔵
合金電極の提供を目的とする。
[発明の概要] 本発明者らは、上記目的を達成すべく水素吸蔵合金電
極のキャラクタリゼーションを行ない、その結果、電極
本体における水素吸蔵合金、バインダーの各量比及び空
孔率の適正な範囲を見出し、本発明の水素吸蔵合金電極
を開発するに到った。
すなわち、本発明の水素吸蔵合金電極は、水素吸蔵合
金とバインダーとを必須成分とする電極本体に集電体を
一体的に添着して成る水素吸蔵合金電極において、該電
極本体内の該水素吸蔵合金の占める体積割合が40〜85%
であり、該バインダーの占める体積割合が5〜40%であ
り、かつ、該電極本体の空孔率が10〜50%であることを
特徴とする。
本発明の電極は、後述する電極本体とそれに添着され
た例えばニッケルネット、ステンレスネットのような集
電体との一体構造体である。通常は、所定厚みの電極本
体の少なくとも片面に上記集電体が圧着されている。
電極本体は、水素吸蔵合金とバインダーを必須成分と
して構成される。電極本体の導電性の高めるために上記
必須成分の外に更にカーボンブラック、黒鉛微粉のよう
な導電性粉末や、電極内部への電解液の惨透を促すKOH,
LiOHのような添加物を所定量添加しても何ら不都合はな
い。
水素吸蔵合金としては、用いる電解液中で充電時には
水素を吸蔵できかつ放電時には吸蔵水素を放出すること
ができるものであればよく、とくに限定されるものでは
ない。具体的には、LaNi5,MmNi5(ただし、Mmはミッシ
ュメタルを表わす),LmNi5(ただし、LmはLaリッチのミ
ッシュメタルを表わす)、又は、これら合金のNiの一部
をAl,Mn,Fe,Co,Ti,Cu,Zn,Zr,Crなどの金属で置換した三
元系、四元系もしくは五元系の合金、例えばNiの一部を
Co,Mn及びAlで置換した五元系合金;Mg2Ni系合金;TiNi系
合金;TiFe系合金を例示することができる。これら水素
吸蔵合金は、通常、平均粒径が100μm以下の粉末の形
で使用に供される。
バインダーとしては、水素吸蔵合金粉末の結着して電
極本体を賦形し、しかも電解液に体し耐性を有したもの
であれば何であってもよいが、とりわけ、水素の吸蔵−
放出に伴う水素吸蔵合金の微粉化が生起しても電極本体
の形状を維持し得るような結着力を有するものが好適で
ある。具体的には、ポリテトラフルオロエチレン,ポリ
エチレン,ポリオレフィン,ポリビニルアルコールのよ
うなものをあげることができる。
電極本体は、上記2成分を所定量混合し、得られた混
合物にロール成形法などを適用して所定厚みにシート化
することによって製造される。また、水素吸蔵合金粉
末、カルボキシメチルセルロース,ポリビニルアルコー
ル,ポリアクリル酸,ポリテトラフルオロエチレンなど
の結着剤及び水と混合してペースト状とし、導電性の集
電体に充填又は塗布し、その後乾燥することにより、負
極を形成してもよい。本発明にかかる電極本体において
は、まず空孔率が10〜50%の範囲内に設定される。この
空孔率が10%未満の場合には、電極本体の内部にまで電
解液が有効に滲透せず、その結果、水素吸蔵合金の有効
利用が阻害されて高容量化の目的達成が充分に果たせな
い。逆に空孔率が50%より大きい場合は、それは電極本
体を構成する水素吸蔵合金の量が少なくなるがゆえに高
容量化の達成が困難となる。好ましくは20〜45%であ
る。
次にバインダーの量は、電極本体内で占有する体積割
合が5〜40%となるように設定される。この割合が5vol
%未満の場合には、電極本体の成形が不可能であり、逆
に40vol%より多い場合は、他の必須成分である水素吸
蔵合金の相対量が減少するので、電池の容量は高容量化
にとっての目安である容量:600mAh/cm3の値を大きく下
まわることになって不都合である。
水素吸蔵合金の電極本体内における体積割合は40〜85
%の範囲内に設定される。その割合が40vol%未満の場
合には、前記した高容量化の目安値600mAh/cm3以上の容
量を取りだすことが困難であり、また85vol%より多い
場合は、空孔率が10%未満になるか又は/及びバインダ
ー量が5vol%未満となるため、前記した理由で電池の高
容量化の達成が困難である。
なお、水素吸蔵合金,バインダーいずれの場合も本発
明でいう体積割合の算出基礎となる各成分の体積とは、
水素吸蔵合金,バインダーの使用重量をそれぞれの比重
で除した値で表わしている。
[発明の効果] 本発明の水素吸蔵合金電極は、上記したように、高容
量化にとって必要な水素吸蔵合金とバインダーの量比関
係、並びに適正な空孔率を備えた電極本体をもって構成
されているので、水素電池の高容量化を達成するうえで
その工業的有用性は大である。しかも、この電極本体の
製造時における水素吸蔵合金,バインダーの使用量の管
理は体積管理で行なわれるため、使用する各成分が異な
った場合でも各成分の配合量は各成分が上記した体積割
合を構成するように設定すればよいので、実際の品質管
理を安定に行なうことができる。
[発明の実施例] (1)電極本体の空孔率と容量との関係 水素吸蔵合金としてMmNi4.2Mn0.8の粉末を選んだ(粒
径20μm)。バインダーとして、ポリエチレン1(低密
度,粒径5〜20μm,比重0.915,(株)モリテックス
製),ポリエチレン2(商品名:フローセンLF−7,低密
度,粒径約20μm,比重0.92,製鉄化学工業(株)製),
ポリテトラフルオロエチレン(K10−J,三井フロロケミ
カル(株)製,比重2.2),ポリオレフィン(商品名:
ミペロン,粒径20μm,比重0.94,平均分子量200万,三井
石油化学(株)製)を選んだ。
これらを用いて各種の水素吸蔵合金電極を製造した。
これら電極を組込んで水素電池を製造した。なお、電解
液はいずれの場合も8NKOHであった。
これらの水素電池について常法により容量を測定し、
その値を使用した水素吸蔵合金の重量で除して水素吸蔵
合金単位重量当りの電池容量(mAh/g)を算出した。
これらを各電極本体の空孔率との関係として第1図に
示した。
図中、 はバインダーがポリエチレン1で、これを水素吸蔵合金
と混合し、得られた混合物を金型に集電体ネットと一緒
にいれ、全体を3.25ton/cm2で加圧成形したのち、150℃
に加熱処理したもの、 はバインダーがポリエチレン1で、これを水素吸蔵合金
と混合し、得られた混合物を金型に集電体ネットと一緒
にいれ、全体を150℃で加熱したのち、3.25ton/cm2で加
圧成形したもの、 はバインダーがポリエチレン2で、 の場合と同じように成形したもの、 はバインダーがポリテトラフルオロエチレンで、これを
水素吸蔵合金と混合し得られた混合物をシート化したの
ちこの片面に集電体ネットを圧着したもの、 はバインダーがミペロンで、これを水素吸蔵合金と混合
し、得られた混合物を金型に集電体ネットと一緒にい
れ、220℃に加熱したのちに3.25ton/cm2で加圧成形した
もの、をそれぞれ表わす。
図から明らかなように、容量と空孔率の間では用いた
バインダーの種類と無関係に一定の相関関係がある。す
なわち、空孔率が10%未満の場合には電池から容量をほ
とんど取り出すことができず、また40%を超えると取り
出せる容量はほぼ飽和してしまうということである。
(2)水素吸蔵合金,バインダーの量,空孔率との関係 (1)で用いた水素電池において、その電極本体内の
水素吸蔵合金,バインダーの各体積割合と空孔率が相互
に電池容量に与える影響を第2図に示した。図中、各印
は(1)の場合と同じものを表わす。各印の近傍に記し
てある数字は、各電池の容量を電極の体積で除した値で
あって、電極単位体積当たりの容量(mAh/cm3)を表わ
す。
また、図中の曲線A〜Dはいずれも各電池における電
極単位体積当りの等容量値を結んだ曲線で、いわば等容
量線を表わす。すなわち、A:500mAh/cm3,B:600mAh/cm3,
C:700mAh/cm3,D:800mAh/cm3の等容量線を表わす。
図から明らなように、電池の高容量化の目安値である
600mAh/cm3(曲線B)以上の電池を得るためには、水素
吸蔵合金の体積割合は40vol%以上が必要であり、バイ
ンダーのそれは40vol%以下,空孔率は10〜50%の範囲
にあるべきであることが判明した。
【図面の簡単な説明】
第1図は水素吸蔵合金電極を組込んだ水素電池の容量と
電極本体の空孔率との関係を表わす図である。第2図
は、水素吸蔵合金,バインダーの各体積割合並びに空孔
率との三元相互関係図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素吸蔵合金とバインダーとを必須成分と
    する電極本体に集電体を一体的に添着して成る水素吸蔵
    合金電極において、 該電極本体内の該水素吸蔵合金の占める体積割合が40〜
    85%であり、該バインダーの占める体積割合が5〜40%
    であり、かつ、該電極本体の空孔率が10〜50%であるこ
    とを特徴とする水素吸蔵合金電極。
JP60140168A 1985-06-28 1985-06-28 水素吸蔵合金電極 Expired - Lifetime JPH0810591B2 (ja)

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JPS6481169A (en) * 1987-09-21 1989-03-27 Sanyo Electric Co Manufacture of hydrogen storage alloy electrode
JPH0644966A (ja) * 1992-07-21 1994-02-18 Agency Of Ind Science & Technol 水素吸蔵電極の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6193556A (ja) * 1984-10-12 1986-05-12 Asahi Glass Co Ltd 電池用電極

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