JPH08120364A - Hydrogen storage alloy for battery, its production and nickel-hydrogen secondary battery - Google Patents

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

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JPH08120364A
JPH08120364A JP6252397A JP25239794A JPH08120364A JP H08120364 A JPH08120364 A JP H08120364A JP 6252397 A JP6252397 A JP 6252397A JP 25239794 A JP25239794 A JP 25239794A JP H08120364 A JPH08120364 A JP H08120364A
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alloy
hydrogen storage
battery
hydrogen
storage alloy
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JP6252397A
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Japanese (ja)
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Takao Sawa
孝雄 沢
Noriaki Sato
典昭 佐藤
Takamichi Inaba
隆道 稲葉
Shusuke Inada
周介 稲田
Hiroyuki Hasebe
裕之 長谷部
Yoshiyuki Isozaki
義之 五十崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/383Hydrogen absorbing alloys
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PURPOSE: To produce a hydrogen storage alloy for a battery in which high electrode capacitance, good initial activity and, particularly, the long service life of a battery can be realized, to provide a method for producing the same and to produce a nickel-hydrogen secondary battery using the same alloy. CONSTITUTION: This alloy has a compsn. expressed by the general formula, ABx [wherein, A denotes at least one kind of element selected from rare earth elements including Y(yttrium); B denotes at least one kind of element selected from among Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Al, Ga, In, Si, Ge and Sn; and 4.5<=x<=5.5], and a film constituted of at least either of the nitrides and carbides of the same elements is formed on at least a part of the same alloy. Moreover, the same film is formed after the alloy is subjected to nitriding treatment or carbonizing treatment.

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 batteries, which can satisfy the three major characteristics of good initial activity, 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,放電電流の安定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, longer life, and stable discharge current for 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 unit volume as compared with the conventional typical negative electrode material for alkaline secondary batteries, cadmium. In addition to being able to increase the storage capacity, 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】上記アルカリ二次電池に用いられる水素吸
蔵合金として、LaNi5 で代表されるAB5 系合金が
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Lm−Ni−C
o−Al系合金(LmはLa富化ミッシュメタル)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サイクル程度である。また上記AB5
合金を使用した電池では放電電流を高く設定できる長所
がある。しかしながら、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。
As a hydrogen storage alloy used in the above alkaline secondary battery, there is an AB 5 type 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, Lm-Ni-C
The electrode capacity of the AB 5 type hydrogen storage alloy made of o-Al type alloy (Lm is La-enriched misch metal) is 200 mAh /
The state is as low as less than g and the cycle life due to charge and discharge is about 400 cycles. Further, the battery using the AB 5 alloy has an advantage that the discharge current can be set high. However, it has not reached the stage of satisfying both the electrode capacity and the cycle life, which are technically required levels in recent years.

【0007】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.

【0008】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.

【0009】このように従来から二次電池を評価する基
準特性として、放電容量,サイクル寿命および放電電圧
が特に重視されていた。これらの特性のうち、放電電圧
は、ニッケル水素二次電池の場合、正極のニッケル酸化
物の酸化還元反応および負極の水素反応により、ほぼ決
定されてしまうため、水素吸蔵合金を改良しても放電電
圧が大きく変化することは少ない。一方、実際に水素吸
蔵合金を改良して大きく改善される電池特性としては、
放電容量およびサイクル寿命の2大特性がある。
As described above, the discharge capacity, the cycle life and the discharge voltage have been particularly emphasized as the reference characteristics for evaluating the secondary battery. Among these characteristics, in the case of a nickel-hydrogen secondary battery, the discharge voltage is almost determined by the redox reaction of the nickel oxide of the positive electrode and the hydrogen reaction of the negative electrode.Therefore, the discharge voltage is improved even if the hydrogen storage alloy is improved. The voltage does not change significantly. On the other hand, as the battery characteristics that are actually greatly improved by improving the hydrogen storage alloy,
There are two major characteristics: discharge capacity and cycle life.

【0010】またこれらの特性以外に、水素吸蔵合金を
改良することにより改善される電池特性として、容量立
上り性(活性化の容易さ)がある。すなわち電池組立後
において僅かな回数の活性化操作(充放電操作)のみで
高い電極容量が得られるという特性である。この容量立
上り性は製品としての電池をユーザが使用する上では注
目する必要がない特性であるが、この容量立上り性が不
良であると電池の製造工数が増大し、電池の製造コスト
を大きく引き上げることになるため、メーカーサイドで
電池設計を行なう場合に、重視される特性の1つとな
る。
In addition to these characteristics, as a battery characteristic improved by improving the hydrogen storage alloy, there is capacity rising property (ease of activation). That is, it is a characteristic that a high electrode capacity can be obtained by only a small number of activation operations (charging / discharging operations) after the battery is assembled. This capacity rising property is a characteristic that the user does not need to pay attention to when using the battery as a product, but if this capacity rising property is poor, the number of battery manufacturing steps increases and the battery manufacturing cost rises significantly. This is one of the important characteristics when the battery is designed by the manufacturer.

【0011】従来の主たる使用用途となっているハンデ
ィカムコーダやセルラーホンに装着する電池において
は、上記の放電容量、サイクル寿命および容量立上り性
の3大特性に注目して改善することにより、最終ユーザ
の要求を充分に満足する電池とすることが可能となると
ともに、電池自体の製造コストも低減することが可能と
なった。
In batteries used in conventional handy camcorders and cellular phones, which have been mainly used in the past, the above-mentioned three major characteristics of discharge capacity, cycle life and capacity rising property are noticed and improved to improve the end user's ability. In addition to being able to provide a battery that fully satisfies the above requirement, it is also possible to reduce the manufacturing cost of the battery itself.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら現在まで
にポータブル機器の普及が急速に進み、機器の駆動用電
源となる電池の長寿命化要求はさらに一層の高まりを呈
しており、従来の電池のサイクル寿命では対応が困難に
なりつつある。
However, due to the rapid spread of portable devices up to the present time, the demand for longer life of the batteries used as the power source for driving the devices is further increasing. It is becoming difficult to deal with it at the end of its life.

【0013】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、高い電極容量および良好な初期活性と
ともに、特に電池の長寿命化を実現することが可能な電
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を目的とす
る。
The present invention has been made to solve the above problems, and has a high hydrogen storage capacity for a battery, which can realize a long life of the battery, in addition to a high electrode capacity and a good initial activity. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a nickel-hydrogen secondary battery using the alloy.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願発明者らは電池の長寿命化を阻害する要因を究明し
た。その結果、特に負極に用いられている水素吸蔵合金
が、電池の充放電時に微粉化したり、微粉化した水素吸
蔵合金が強アルカリ性電解液によって腐食したり、電解
液によって合金表面に水酸化物が形成されて電池機能が
低下することが大きな阻害要因となっていることを突き
止めた。
In order to achieve the above object, the inventors of the present invention have clarified the factors that hinder the extension of the battery life. As a result, in particular, the hydrogen storage alloy used for the negative electrode is pulverized at the time of charge / discharge of the battery, or the pulverized hydrogen storage alloy is corroded by the strong alkaline electrolytic solution, and hydroxide is formed on the alloy surface by the electrolytic solution. It was found that the formation of the battery and the deterioration of the battery function are major obstacles.

【0015】そして上記阻害要因を解消する方策を種々
検討した。その結果、水素吸蔵合金粉末表面に窒化物や
炭化物から成る所定厚さの皮膜を一体に形成したとき
に、水素の円滑な吸蔵放出反応を阻害することなく、水
素吸蔵合金の微粉化劣化および電解液による水酸化物の
形成を効果的に抑制することができ、水素吸蔵合金を使
用した電池の寿命を飛躍的に延ばすことができるという
知見を得た。本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。
Then, various measures were taken to eliminate the above-mentioned inhibiting factors. As a result, when a film having a predetermined thickness made of nitride or carbide is integrally formed on the surface of the hydrogen-absorbing alloy powder, the hydrogen-absorbing alloy can be finely divided and electrolyzed without impairing the smooth hydrogen absorption-desorption reaction. It was found that the formation of hydroxide by the liquid can be effectively suppressed, and the life of the battery using the hydrogen storage alloy can be significantly extended. The present invention has been completed based on the above findings.

【0016】また本願発明者らは、前記電池の3大特性
が良好な点,電極容量の増加が大幅に望める点および常
温常圧付近で水素を吸蔵放出できる点に着目して水素吸
蔵合金の組成範囲を設定し、特にAB5 系およびAB2
系の水素吸蔵合金を研究対象に選択した。
Further, the inventors of the present application have paid attention to the fact that the three major characteristics of the battery are good, the electrode capacity can be greatly increased, and that hydrogen can be absorbed and released at around room temperature and atmospheric pressure. Set the composition range, especially for AB 5 and AB 2
The hydrogen storage alloy of the system was selected for study.

【0017】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ABx(但し、AはY(イットリウ
ム)を含む希土類元素から選択される少なくとも1種の
元素、BはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,
Mo,W,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ag,A
l,Ga,In,Si,GeおよびSnから選択される
少なくとも1種の元素、4.5≦x≦5.5)で表わさ
れる組成を有する合金から成り、上記元素の窒化物およ
び炭化物の少なくとも一方から成る皮膜を上記合金の少
なくとも一部の表面に形成したことを特徴とするAB5
系の電池用水素吸蔵合金である。
That is, the first hydrogen storage alloy for a battery according to the present invention has a general formula ABx (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), B is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr,
Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, A
1, at least one element selected from Ga, In, Si, Ge and Sn, and an alloy having a composition represented by 4.5 ≦ x ≦ 5.5), and at least a nitride and a carbide of the above element. AB 5 characterized in that a film consisting of one side is formed on at least a part of the surface of the above alloy.
System hydrogen storage alloy for batteries.

【0018】また本発明に係る第2の電池用水素吸蔵合
金は、一般式ABx(但し、AはTi,Zr,Hf,Y
(イットリウム)を含む希土類元素から選択される少な
くとも1種の元素、BはV,Nb,Ta,Cr,Mo,
W,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ag,Al,G
a,In,Si,GeおよびSnから選択される少なく
とも1種の元素、1.8≦x≦2.3)で表わされる組
成を有する合金から成り、上記元素の窒化物および炭化
物の少なくとも一方から成る皮膜を上記合金の少なくと
も一部の表面に形成したことを特徴とするAB2 系の電
池用水素吸蔵合金である。
The second hydrogen storage alloy for batteries according to the present invention has the general formula ABx (where A is Ti, Zr, Hf, Y).
At least one element selected from rare earth elements including (yttrium), B is V, Nb, Ta, Cr, Mo,
W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Al, G
at least one element selected from a, In, Si, Ge and Sn, and an alloy having a composition represented by 1.8 ≦ x ≦ 2.3), and comprising at least one of a nitride and a carbide of the above element. A hydrogen storage alloy for batteries of AB 2 type, characterized in that the coating film formed on at least a part of the surface of the above alloy.

【0019】さらに上記AB5 系またはAB2 系の電池
用水素吸蔵合金において、合金が少なくとも一部に柱状
晶組織を有するように構成するとよい。
Further, in the AB 5 type or AB 2 type hydrogen storage alloy for batteries, it is preferable that the alloy has a columnar crystal structure in at least a part thereof.

【0020】また本発明に係る電池用水素吸蔵合金の製
造方法は、上記のような所定の組成を有するAB5 系ま
たはAB2 系の水素吸蔵合金を調製し、得られた合金を
窒素や炭化水素を含む雰囲気中で熱処理することによ
り、窒化物および炭化物の少なくとも一方から成る皮膜
を上記合金の少なくとも一部の表面に形成することを特
徴とする。
Further, the method for producing a hydrogen storage alloy for a battery according to the present invention is to prepare an AB 5 series or AB 2 series hydrogen storage alloy having a predetermined composition as described above, and obtain the obtained alloy with nitrogen or carbonization. It is characterized in that a film made of at least one of a nitride and a carbide is formed on at least a part of the surface of the alloy by heat treatment in an atmosphere containing hydrogen.

【0021】なお、皮膜を形成する前に、非酸化性雰囲
気中で合金を温度400〜1000℃で1〜10時間加
熱する均質化熱処理を行うとよい。
Before forming the coating, it is preferable to carry out a homogenizing heat treatment in which the alloy is heated at a temperature of 400 to 1000 ° C. for 1 to 10 hours in a non-oxidizing atmosphere.

【0022】また本発明に係るニッケル水素二次電池
は、所定の皮膜を形成した上記AB5系またはAB2
水素吸蔵合金を含む負極と,ニッケル酸化物を含む正極
との間に電気絶縁性を有するセパレータを介装して密閉
容器内に収容し、この密閉容器内にアルカリ電解液を充
填したことを特徴とする。
Further, the nickel-hydrogen secondary battery according to the present invention has an electrical insulation property between a negative electrode containing the above-mentioned AB 5 type or AB 2 type hydrogen storage alloy and a positive electrode containing nickel oxide. It is characterized in that it is housed in a hermetically sealed container via a separator having, and an alkaline electrolyte is filled in the hermetically sealed container.

【0023】本発明に係る電池用水素吸蔵合金は、一般
式ABxで表わされ、Bサイトの組成比率Xが4.5〜
5.5または1.8〜2.3の範囲に設定されるAB5
系合金またはAB2 系合金である。Bサイトの組成比率
Xが上記範囲外になると、合金中にAB4.5 〜5.5 およ
びAB1.8 〜2.3 以外の相(例えばAB,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。
The hydrogen storage alloy for batteries according to the present invention is represented by the general formula ABx, and the composition ratio X of B site is 4.5 to.
AB 5 set to 5.5 or in the range of 1.8 to 2.3
It is a type alloy or AB 2 type alloy. When the composition ratio X of B site is out of the above range, phases other than AB 4.5 to 5.5 and AB 1.8 to 2.3 in the alloy (for example, AB, AB 3 , A 2
The production amount of the phase composed of B 7 etc. and the phase composed of the element simple substance composing the B site [hereinafter referred to as the second phase] increases.

【0024】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 having 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.

【0025】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 segregation product 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.

【0026】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を下限未満にすると電池
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
上限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の値は上記範囲に
それぞれ設定される。
After all, the reason why the value of X is limited is as follows. If the value of X is less than the lower limit, corrosion of the battery during charge / discharge is small, and it becomes impossible to obtain a hydrogen storage alloy that is resistant to cracking and pulverization. On the other hand, when the above x exceeds the upper limit, the formation of the second phase is recognized depending on the usual industrial alloy production method, and the characteristics of the hydrogen storage alloy cannot be improved. Therefore, the value of x is set within the above range.

【0027】また一般式ABx(x=4.5〜5.5)
で表わされる合金のAサイト成分は、水素化物を形成す
るために必要な成分であり、具体的にはYを含む希土類
元素(具体的にはY,La,Ce,Pr,Nd,Pm,
Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Y
b,Lu)のうちから選ばれる少なくとも1種を示す。
また一般式ABx(x=1.8〜2.3)で表わされる
合金のAサイト成分は、Zr,Ti,Hf,Yを含む希
土類元素から選択される少なくとも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安価
なミッシュメタル(以下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Lmとしては、通常La10〜
70wt%,Ce0〜50wt%,Pr2〜10wt
%,Nd10〜45wt%の組成のものが使用される。
The general formula ABx (x = 4.5 to 5.5)
The A site component of the alloy represented by is a component necessary for forming a hydride, and specifically, a rare earth element containing Y (specifically, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm,
Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Y
b, Lu).
The A site component of the alloy represented by the general formula ABx (x = 1.8 to 2.3) is at least one selected from rare earth elements containing Zr, Ti, Hf, and Y. In addition,
High-purity rare earth elements or simple rare earth elements are extremely expensive. Therefore, by using an inexpensive misch metal (hereinafter abbreviated as 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 above Lm is usually La10.
70wt%, Ce0-50wt%, Pr2-10wt
%, Nd of 10 to 45 wt% is used.

【0028】また、一般式中のB成分はCo,Al,F
e,Si,Cr,Cu,Ti,Zr,Hf,V,Nb,
Ta,Mo,W,Ag,Ga,In,Si,Geおよび
Snから選ばれる少なくとも1種の元素を示す。また一
般式ABx(x=1.8〜2.3)で表わされる合金の
Bサイト成分は、V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,M
n,Fe,Co,Ni,Cu,Al,Ga,In,A
i,GeおよびSnから選択される少なくとも一種の元
素を示す。上記Bサイト成分のうち、Co,Al,F
e,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。
The B component in the general formula is Co, Al, F.
e, Si, Cr, Cu, Ti, Zr, Hf, V, Nb,
At least one element selected from Ta, Mo, W, Ag, Ga, In, Si, Ge and Sn is shown. The B site component of the alloy represented by the general formula ABx (x = 1.8 to 2.3) is V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, M.
n, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Ga, In, A
At least one element selected from i, Ge and Sn is shown. Of the above B site components, Co, Al, F
e, Si, Cr, and Cu are elements that are particularly effective in extending the life of the hydrogen storage alloy.

【0029】また上記Bサイト成分のうち、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)の低下に有効であり、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。また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。なお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
量が低下する傾向があるため、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 B-site components, Mn is effective for increasing the capacity of the negative electrode containing the hydrogen storage alloy and lowering the hydrogen storage / release pressure (equilibrium pressure), and Al is similar to Mn in hydrogen content. It has the effect of lowering the occlusion / release pressure (dissociation pressure) and can increase the durability. Also 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. Note that Co
Although increasing the additive amount improves the cycle life, it tends to decrease the electrode capacity.
It is necessary to optimize the addition amount.

【0030】この他、本発明に係る水素吸蔵合金には、
Pd,B,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。なお、これらの不純物の含有量はそれぞれ6000
ppm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4000pp
m以下が良い。
In addition, the hydrogen storage alloy according to the present invention includes
At least one element selected from Pd, B, Pb, C, N, O, F, Cl, S and P may be contained as an impurity in a range that does not impair the characteristics of the alloy of the present invention. The content of each of these impurities is 6000.
It is preferably in the range of ppm or less. More preferably 5000 ppm or less, still more preferably 4000 pp
m or less is good.

【0031】本発明に用いられる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得る方法であれ
ば特に限定されない。すなわち所定組成を有するように
調合した原料混合体をアーク炉等で加熱して合金溶湯を
調製し、しかる後に通常の鋳造法,ガスアトマイズ法.
回転ディスク法,遠心噴霧法,単ロール法,双ロール法
などを使用して上記合金溶湯を冷却凝固せしめて形成さ
れる。合金溶湯を冷却するに際し、冷却速度を10℃/
秒以上に設定することにより、組織が均一であり、偏析
が少ない合金が得られる。特にガスアトマイズ法,回転
ディスク法,遠心噴霧法,単ロール法、双ロール法等の
ように溶融状態にある合金溶湯を急冷する溶湯急冷法を
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,冷却速度,冷却チャンバ内のガス
種,圧力,溶湯噴射量等の製造条件を最適化することに
より合金を安定的に大量に製造することができる。
The method for producing the alloy used in the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of homogenizing the alloy composition and preventing segregation. That is, a raw material mixture prepared so as to have a predetermined composition is heated in an arc furnace or the like to prepare a molten alloy, and thereafter, a normal casting method, a gas atomizing method, or the like.
It is formed by cooling and solidifying the alloy melt by using a rotating disk method, a centrifugal atomizing method, a single roll method, a twin roll method, or the like. When cooling the molten alloy, the cooling rate is 10 ° C /
By setting the time to be more than 2 seconds, an alloy having a uniform structure and less segregation can be obtained. In particular, using the melt quenching method for rapidly cooling the molten alloy in a molten state, such as the gas atomizing method, rotating disk method, centrifugal spraying method, single roll method, twin roll method, etc. By optimizing the manufacturing conditions such as the peripheral speed of the surface, the temperature of the molten metal, the cooling rate, the type of gas in the cooling chamber, the pressure, and the injection amount of the molten metal, a large amount of alloy can be stably manufactured.

【0032】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組織や柱状晶組織が合金内
に形成される。
When a ribbon-shaped, flake-shaped, or granular hydrogen storage alloy is produced by using the above-described molten metal quenching method, it is equiaxed depending on conditions such as the material of the cooling roll or the rotating disk and the cooling rate of the molten alloy. A crystal structure or a columnar crystal structure is formed in the alloy.

【0033】上記合金粒子の製造工程において、180
0℃/秒以上の冷却速度にて溶湯を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。
In the manufacturing process of the above alloy particles, 180
When a molten metal is quenched at a cooling rate of 0 ° C./sec or more to produce a hydrogen storage alloy, each crystal grain constituting the alloy is 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.

【0034】上記溶湯急冷処理により、少なくとも一部
に柱状晶組織を発達させた水素吸蔵合金を形成すること
ができる。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。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。
By the melt quenching treatment described above, a hydrogen storage alloy having a columnar crystal structure developed at least in part can be formed. Here, the columnar crystal refers to a columnar crystal grain having a ratio of a minor axis to a major axis (aspect ratio) of 1: 2 or more. In the columnar crystal structure, unlike the equiaxed crystal structure, the crystal orientations are aligned, so that the disorder of the grain boundaries is small, the hydrogen storage amount is increased, and the electrode capacity can be increased by the inventors' experiments. Confirmed by. 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.

【0035】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%以上にするとよい。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。
The crystal structure of the hydrogen storage alloy produced by the molten metal quenching treatment is a columnar crystal in the 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 may be 50% or more, more preferably 70% or more, and further preferably 80% or more. Area ratio of columnar crystals is 50
%, 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 manufactured by the casting method. In particular, when the entire molten metal 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%, there is no remarkable difference in cycle life as compared with a negative electrode using a cast alloy.

【0036】上記のように溶湯急冷法により調製した合
金においては内部歪みが発生し易い一方、鋳造法により
調製した合金においては偏析が発生し易く、いずれの場
合にも合金を負極材料として用いた場合に電極容量およ
び寿命が低下する場合が多い。
As described above, internal strain is likely to occur in the alloy prepared by the melt quenching method, while segregation is likely to occur in the alloy prepared by the casting method. In any case, the alloy was used as the negative electrode material. In many cases, the electrode capacity and the service life are reduced.

【0037】そこで冷却凝固せしめて調製した合金を、
温度400〜1000℃で1〜10時間加熱する均質化
熱処理を予め行なうことが望ましい。
Then, the alloy prepared by cooling and solidifying is
It is desirable to carry out a homogenizing heat treatment in which the temperature is 400 to 1000 ° C. for 1 to 10 hours in advance.

【0038】上記均質化熱処理の温度が400℃未満の
場合には、内部歪の除去が困難となる一方、温度が10
00℃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400
〜1000℃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、500〜800℃の範囲が好ましい。
When the temperature of the homogenizing heat treatment is less than 400 ° C., it becomes difficult to remove the internal strain, but the temperature is 10
When the temperature is higher than 00 ° C., the composition changes due to the evaporation of alloy components such as Mn, and the alloy strength decreases due to secondary recrystallization. Therefore, the heat treatment temperature is 400
It is set in the range of -1000 ° C. Particularly, in order to improve the electrode characteristics, the range of 500 to 800 ° C. is preferable.

【0039】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。一方処理時間が10時間を超
える程度に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、製造効率をも勘案して2〜5時間程度
が好ましい。
When 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 so as to exceed 10 hours, there is a high possibility that the crystal grains become coarse. Therefore, it is preferably about 2 to 5 hours in consideration of the production efficiency.

【0040】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、Arなどの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 such as Ar or vacuum in order to prevent high temperature oxidation of the hydrogen storage alloy.

【0041】上記のような条件で均質化熱処理を実施す
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
の合金では熱処理の効果は小さいが、Mnを含んだ組成
の合金については、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 carrying out the homogenizing heat treatment under the above conditions, the internal strain can be effectively removed while maintaining the homogeneity of the alloy, and the electrode capacity and the life can be further enhanced. In particular, an alloy having a composition not containing Mn has a small effect of heat treatment, but for an alloy having a composition containing Mn, both the electrode capacity and the battery life are significantly improved by the heat treatment.

【0042】上記のように合金溶湯を冷却凝固せしめ、
必要に応じて均質化熱処理を施した合金の表面に、合金
成分元素の窒化物や炭化物から成る皮膜を一体に形成す
ることにより本願発明に係る電池用水素吸蔵合金が調製
される。
As described above, the alloy melt is cooled and solidified,
The hydrogen storage alloy for a battery according to the present invention is prepared by integrally forming a film made of a nitride or a carbide of an alloy component element on the surface of an alloy that has been subjected to a homogenizing heat treatment, if necessary.

【0043】上記皮膜は、例えば窒素源または炭素源と
なるガスを含有する非酸化性雰囲気中において、合金粉
末を温度300〜800℃で10分間ないし10時間加
熱して窒化/炭化処理を行ない、合金粉末表面に窒化物
や炭化物を生成せしめて形成される。
The above coating is subjected to a nitriding / carburizing treatment by heating the alloy powder at a temperature of 300 to 800 ° C. for 10 minutes to 10 hours in a non-oxidizing atmosphere containing a gas serving as a nitrogen source or a carbon source, for example. It is formed by forming nitrides and carbides on the surface of the alloy powder.

【0044】上記窒化/炭化処理時の雰囲気は、Arな
どの不活性ガス中に窒素源となるN2 ガスや炭素源とな
るメタン(CH4 )などの炭化水素系ガスを一定の分圧
比となるように希釈混合して形成される。例えば、不活
性ガスとしてArガスを使用する一方、窒素源としてN
2 ガスまたは炭素源としてCH4 ガスを使用して均一な
皮膜を形成するためには、ArガスとN2 ガスまたはC
4 ガスとの分圧比を0:100〜95:5の範囲に調
整するとよい。
The atmosphere during the nitriding / carburizing treatment is carried out in an inert gas such as Ar with a constant partial pressure ratio of N 2 gas as a nitrogen source and hydrocarbon gas such as methane (CH 4 ) as a carbon source. It is formed by diluting and mixing so that For example, Ar gas is used as an inert gas, while N is used as a nitrogen source.
In order to form a uniform film using 2 gas or CH 4 gas as a carbon source, Ar gas and N 2 gas or C are used.
The partial pressure ratio with the H 4 gas may be adjusted within the range of 0: 100 to 95: 5.

【0045】上記窒化物や炭化物から成る皮膜の厚さ
は、1μm(10000オングストローム)以下に設定
される。上記皮膜の厚さが1μmを超えると、合金に対
する水素の透過性が悪化して電池機能が阻害され易くな
るとともに、水素吸蔵合金の割合が相対的に低下するた
め電池容量が低下してしまう。そのため皮膜の厚さは1
μm以下に設定されるが、水素の透過性および電池容量
に対する影響を低減するためには0.1μm(1000
オングストローム)以下が好ましく、さらに0.05μ
m(500オングストローム)以下がさらに好ましい。
The thickness of the film made of the nitride or carbide is set to 1 μm (10000 angstrom) or less. When the thickness of the film exceeds 1 μm, the permeability of hydrogen to the alloy is deteriorated and the battery function is likely to be hindered, and the ratio of the hydrogen storage alloy is relatively decreased, so that the battery capacity is decreased. Therefore, the film thickness is 1
Although it is set to be less than or equal to μm, in order to reduce the influence on hydrogen permeability and battery capacity, 0.1 μm (1000
Angstrom) or less is preferable, and further 0.05μ
It is more preferably m (500 angstroms) or less.

【0046】上記皮膜の厚さは、窒化/炭化処理時にお
ける雰囲気ガスの分圧比,熱処理時間および温度を適正
に調整することにより任意に設定することができる。
The thickness of the film can be arbitrarily set by appropriately adjusting the partial pressure ratio of the atmospheric gas, the heat treatment time and the temperature during the nitriding / carbonizing treatment.

【0047】上記皮膜は共有結合構造を有する高硬度で
安定な窒化物や炭化物から構成されているため、合金粒
子の構造強度を高め、合金の微粉化を効果的に防止でき
る上に、アルカリ電解液による合金の腐食進行や水酸化
物の形成が効果的に抑止できる。したがって、上記皮膜
を形成した水素吸蔵合金を負極材料として使用して電池
を構成した場合には、皮膜を形成しない水素吸蔵合金を
使用した場合と比較して電池の寿命を大幅に延伸するこ
とができる。
Since the above-mentioned film is composed of a high hardness and stable nitride or carbide having a covalent bond structure, the structural strength of the alloy particles can be increased, and the fine powder of the alloy can be effectively prevented, and at the same time, the alkaline electrolysis can be performed. It is possible to effectively suppress the progress of corrosion of the alloy by the liquid and the formation of hydroxide. Therefore, when a battery is formed by using the above-mentioned hydrogen storage alloy having a film formed thereon as a negative electrode material, the life of the battery can be significantly extended as compared with the case where a hydrogen storage alloy without a film is used. it can.

【0048】なお上記皮膜を合金表面の20%以上を被
覆するように形成することにより、電池寿命を改善する
効果が発揮されるが、好ましくは合金表面の50%以
上,より好ましくは合金表面全体(100%)に皮膜を
形成することが望ましい。また合金に対する水素の透過
性を阻害しない範囲において、合金中に含まれる不純物
酸素等に起因する酸化物が皮膜中に含有されていてもよ
い。
By forming the above film so as to cover 20% or more of the alloy surface, the effect of improving battery life is exhibited, but preferably 50% or more of the alloy surface, more preferably the entire alloy surface. It is desirable to form a film at (100%). Further, oxides resulting from impurities such as oxygen contained in the alloy may be contained in the film as long as hydrogen permeability to the alloy is not impaired.

【0049】上記皮膜を有する本発明の水素吸蔵合金
は、予め窒化処理または炭化処理を施した合金片を所定
の粒径に粉砕して形成してもよいが、所定の粒径に粉砕
した合金粉末に対して窒化処理または炭化処理を施して
形成することができる。前者の場合、粉砕後に全表面が
皮膜で覆われていない合金粉末も一部に発生するが、こ
れらの合金粉末を混合し電極として評価した場合におい
ても、表面処理を施していない従来の合金粉末を使用し
た場合と比較して、寿命を大幅に延伸することができ
る。すなわち皮膜を形成した合金を少なくとも一部含む
負電極であば本願の効果を得ることができる。
The hydrogen-absorbing alloy of the present invention having the above-mentioned coating may be formed by crushing alloy pieces which have been previously subjected to nitriding treatment or carbonization treatment into a predetermined particle size. The powder can be formed by nitriding treatment or carbonization treatment. In the case of the former, alloy powder whose entire surface is not covered with a film after pulverization is also generated in part, but even when these alloy powders are mixed and evaluated as an electrode, conventional alloy powders that have not been surface-treated The life can be significantly extended as compared with the case of using. That is, the effect of the present invention can be obtained with a negative electrode containing at least a part of the alloy having a film formed thereon.

【0050】次に、上記皮膜を形成した電池用水素吸蔵
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1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 in which the above-mentioned hydrogen storage alloy for batteries having a coating film is used as a negative electrode active material will be described with reference to FIG. .

【0051】本発明に係るニッケル水素二次電池は、前
記の一般式ABx(x=4.5〜5.5またはx=1.
8〜2.3)で表わされる合金表面に、上記皮膜を形成
した電池用水素吸蔵合金を含む負極11とニッケル酸化
物を含む正極12との間に電気絶縁性を有するセパレー
タ13を介装して密閉容器14内に収容し、この密閉容
器14内にアルカリ電解液を充填して構成される。
The nickel-hydrogen secondary battery according to the present invention has the above general formula ABx (x = 4.5 to 5.5 or x = 1.
On the surface of the alloy represented by 8 to 2.3), an electrically insulating separator 13 is interposed between a negative electrode 11 containing the hydrogen storage alloy for a battery and a positive electrode 12 containing nickel oxide, each having the above-mentioned coating formed thereon. It is housed in a closed container 14 and filled with an alkaline electrolyte.

【0052】すなわち、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1
6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21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。
That is, the hydrogen storage alloy electrode (negative electrode) 11 containing a hydrogen storage alloy is a non-sintered nickel electrode (positive electrode).
It is wound in a spiral shape with a separator 13 interposed therebetween and is housed in a bottomed cylindrical 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. The 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 is sealed to the container 14 by caulking to reduce the diameter of the upper opening inward. Board 1
6 is airtightly fixed via the gasket 17.
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 cap-shaped positive electrode terminal 19 has the hole 15 on the sealing plate 16.
It is attached to cover. Rubber safety valve 20
Are arranged so as to close the hole 15 in a space surrounded by the sealing plate 16 and the positive electrode terminal 19. The insulating tube 21 fixes the positive electrode terminal 19 and the collar paper 22 placed on the upper ends of the container 14 so that the container 14 can be fixed.
It is attached near the top of the.

【0053】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.

【0054】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 pulperizer, 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. .

【0055】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0.1〜5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 added in an amount of 0.1 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.

【0056】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.

【0057】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。
As the conductive substrate, 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 a 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.

【0058】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.

【0059】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 polymer fiber non-woven 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.

【0060】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.

【0061】[0061]

【作用】上記構成に係る電池用水素吸蔵合金によれば、
高硬度で安定な窒化物や炭化物から成る皮膜が、合金の
少なくとも一部の表面に形成されているため、合金の構
造強度が高まり、合金の微粉化による劣化が効果的に防
止できる。また上記皮膜による保護作用によって電解液
による合金の腐食や水酸化物の形成が効果的に抑止でき
る。したがって、上記皮膜を形成した水素吸蔵合金を負
極材料として使用し電池を構成した場合には、皮膜を形
成しない場合と比較して電池の寿命を大幅に延伸するこ
とができる。
According to the hydrogen storage alloy for a battery having the above structure,
Since the coating film made of nitride or carbide having high hardness and stability is formed on at least a part of the surface of the alloy, the structural strength of the alloy is enhanced and the deterioration due to the pulverization of the alloy can be effectively prevented. Further, the protective action of the above film can effectively prevent the corrosion of the alloy and the formation of hydroxide by the electrolytic solution. Therefore, when a battery is constructed by using the above-mentioned hydrogen storage alloy having a film formed thereon as a negative electrode material, the life of the battery can be significantly extended as compared with the case where no film is formed.

【0062】[0062]

【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.

【0063】実施例1〜40 表1〜2の左欄に示す合金組成となるように各種金属原
料粉末を配合し、得られた原料混合体をArガス雰囲気
中で加熱融解して各実施例用の合金溶湯をそれぞれ調製
した。なお原料粉末のうち、ミッシュメタル(Lm)と
しては、60wt%La−5wt%Ce−5wt%Pr
−30wt%Ndなる組成を有するLa富化ミッシュメ
タルを使用した。
Examples 1 to 40 Various metal raw material powders were mixed so that the alloy compositions shown in the left column of Tables 1 and 2 were obtained, and the obtained raw material mixture was heated and melted in an Ar gas atmosphere. Each of the alloy melts was prepared. In the raw material powder, the misch metal (Lm) is 60 wt% La-5 wt% Ce-5 wt% Pr.
A La-rich Misch metal with a composition of -30 wt% Nd was used.

【0064】次に実施例1〜4,9〜14,27,2
8,33〜38用の合金溶湯を単ロール法により急冷凝
固せめして合金試料をそれぞれ調製した。また実施例5
〜8用の合金溶湯は双ロール法により急冷凝固せしめて
合金試料をそれぞれ調製した。双ロール法における処理
雰囲気は、単ロール法の場合と同様にArガス雰囲気と
した。また冷却ロールの材質はSUJ−2であり、直径
が300mmのロールを使用した。さらに冷却ロールの回
転数は800rpmに設定し、ロールギャップはゼロと
してロール間に5トンの線圧を付加した。また実施例1
5〜19,29,30用の合金溶湯をガスアトマイズ法
により急冷凝固せしめて合金試料とした。また実施例2
0〜24,31,32用の合金溶湯を遠心噴霧法により
急冷凝固せしめて合金試料とした。一方実施例25〜2
6,39〜40用の合金溶湯を、鋳型間隔が40mmの水
冷鋳型中に鋳込んで凝固せしめ合金試料を調製した。
Next, Examples 1 to 4, 9 to 14, 27, 2
The alloy melts for 8, 33 to 38 were rapidly solidified by a single roll method to prepare alloy samples. Example 5
The alloy melts for ~ 8 were rapidly solidified by the twin roll method to prepare alloy samples. The processing atmosphere in the twin roll method was an Ar gas atmosphere as in the case of the single roll method. The material of the cooling roll was SUJ-2, and a roll having a diameter of 300 mm was used. Further, the rotation speed of the cooling roll was set to 800 rpm, the roll gap was set to zero, and a linear pressure of 5 tons was applied between the rolls. Example 1
Alloy melts for 5 to 19, 29, and 30 were rapidly cooled and solidified by a gas atomizing method to obtain alloy samples. Example 2
Alloy melts for 0 to 24, 31, and 32 were rapidly cooled and solidified by a centrifugal atomization method to obtain alloy samples. On the other hand, Examples 25 to 2
The alloy melts for Nos. 6, 39 and 40 were cast into a water-cooled mold having a mold interval of 40 mm to be solidified to prepare alloy samples.

【0065】こうして得られた合金試料のうち、実施例
11〜14,18〜19,23〜24用の合金試料につ
いては、Arガス雰囲気中で温度600℃で4時間加熱
する均質化熱処理を実施した。また実施例25,26の
合金試料については、同じくArガス雰囲気中で温度1
000℃で4時間の均質化熱処理を施した。
Among the alloy samples thus obtained, the alloy samples for Examples 11 to 14, 18 to 19 and 23 to 24 were subjected to a homogenizing heat treatment of heating at a temperature of 600 ° C. for 4 hours in an Ar gas atmosphere. did. For the alloy samples of Examples 25 and 26, the temperature was 1 in the same Ar gas atmosphere.
A homogenizing heat treatment was performed at 000 ° C. for 4 hours.

【0066】こうして必要に応じて均質化処理を施した
合金試料のうち、実施例1,2,5,6,9〜14,2
5〜28,33〜38の合金試料については、それぞれ
水素粉砕を実施して平均粒径が30μmの合金粉末とし
た。上記以外の合金試料については、分級処理または作
製条件の最適化により平均粒径が30μmの合金粉末と
なるように調整した。
Among the alloy samples thus homogenized as required, Examples 1, 2, 5, 6, 9 to 14, 2
With respect to the alloy samples of 5 to 28 and 33 to 38, hydrogen pulverization was carried out to obtain alloy powder having an average particle size of 30 μm. With respect to alloy samples other than those described above, classification treatment or optimization of production conditions was performed so as to obtain alloy powder having an average particle size of 30 μm.

【0067】次に得られた合金粉末のうち、奇数番号の
実施例用の各合金粉末については、N2 ガスとArガス
との分圧比が1:1に調整された雰囲気中において温度
600℃で2時間加熱する窒化処理を行ない、合金粉末
のほぼ全表面に窒化物から成る皮膜を形成することによ
り、それぞれの電池用水素吸蔵合金粉末を調製した。
Among the obtained alloy powders, each of the alloy powders for the odd-numbered examples was heated at a temperature of 600 ° C. in an atmosphere in which the partial pressure ratio of N 2 gas and Ar gas was adjusted to 1: 1. A hydrogen storage alloy powder for each battery was prepared by performing a nitriding treatment by heating for 2 hours to form a film made of a nitride on almost the entire surface of the alloy powder.

【0068】一方、偶数番号の実施例用の各合金粉末に
ついては、CH4 ガスとArガスとの分圧比が1:1に
調整された雰囲気中において温度600℃で2時間加熱
する炭化処理を行ない、合金粉末のほぼ全表面に炭化物
から成る皮膜を形成することにより、それぞれの電池用
水素吸蔵合金粉末を調製した。
On the other hand, each of the alloy powders for the even-numbered examples was carbonized by heating it at a temperature of 600 ° C. for 2 hours in an atmosphere in which the partial pressure ratio of CH 4 gas and Ar gas was adjusted to 1: 1. The hydrogen storage alloy powder for each battery was prepared by forming a film of carbide on almost the entire surface of the alloy powder.

【0069】なお、実施例3,4,7,8においては、
それぞれの溶湯急冷処理により合金フレークを調製し、
得られた合金フレークに予め窒化処理または炭化処理を
施して皮膜を形成し、しかる後に粉砕して所定粒径の合
金粉末としている。また実施例37においては、Arガ
スとN2 ガスとCH4 ガスとを1:1:1の分圧比に調
整した雰囲気中において合金粉末を温度600℃で2時
間加熱する炭窒化処理を実施して合金粉末を調製した。
In Examples 3, 4, 7 and 8,
Prepare alloy flakes by each melt quenching process,
The obtained alloy flakes are previously subjected to a nitriding treatment or a carbonizing treatment to form a film, which is then pulverized into an alloy powder having a predetermined particle size. Further, in Example 37, carbonitriding treatment was carried out by heating the alloy powder at a temperature of 600 ° C. for 2 hours in an atmosphere in which Ar gas, N 2 gas and CH 4 gas were adjusted to a partial pressure ratio of 1: 1: 1. To prepare alloy powder.

【0070】こうして調製した各実施例に係る電池用水
素吸蔵合金の破面組織を走査電子顕微鏡(SEM)で写
真撮影し、そのSEM写真を画像解析することにより、
破面全体に対する柱状晶の面積割合を測定した。ここで
柱状晶とは前記の通り、短径に対する長径の比(アスペ
クト比)が2以上の結晶粒である。
The fracture surface structure of the hydrogen storage alloy for batteries according to each of the examples thus prepared was photographed with a scanning electron microscope (SEM), and the SEM photograph was subjected to image analysis.
The area ratio of columnar crystals to the entire fracture surface was measured. As described above, the columnar crystals are crystal grains having a ratio of major axis to minor axis (aspect ratio) of 2 or more.

【0071】またオージェ分析法またはEPMA法によ
って合金表面に形成された皮膜の種類を同定するととも
に、その厚さを測定し表1〜2に示す結果を得た。
Further, the type of the film formed on the alloy surface was identified by the Auger analysis method or the EPMA method, and the thickness was measured, and the results shown in Tables 1 and 2 were obtained.

【0072】比較例1〜9 一方、皮膜を形成するための窒化/炭化処理を実施せず
皮膜を形成しない点以外はそれぞれ実施例5,6,1
5,21,27,29,31,39と同一条件で処理し
て、それぞれ比較例1,2,3,4,5,6,7,9に
係る電池用水素吸蔵合金粉末を調製した。
Comparative Examples 1 to 9 On the other hand, Examples 5, 6 and 1 respectively except that the nitriding / carburizing treatment for forming the film was not performed and the film was not formed.
5, 21, 27, 29, 31, 39 were treated under the same conditions to prepare hydrogen storage alloy powders for batteries according to Comparative Examples 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 9, respectively.

【0073】また合金組成をLmNi3.9 Co0.2 Mn
0.6 Al0.2 Ti0.1 とした点、均質化熱処理を実施し
ない点および窒化/炭化処理を実施せず皮膜を形成しな
い点以外は実施例25〜26と同様な条件で処理して比
較例8に係る電池用水素吸蔵合金粉末を調製した。
The alloy composition is LmNi 3.9 Co 0.2 Mn.
Comparative Example 8 was performed under the same conditions as in Examples 25 to 26 except that 0.6 Al 0.2 Ti 0.1 was used, no homogenizing heat treatment was performed, and no nitriding / carburizing treatment was performed and no film was formed. A hydrogen storage alloy powder for a battery was prepared.

【0074】すなわち比較例1,2,5に係る電池用水
素吸蔵合金は、単ロール法により製造された合金試料を
材料とし、比較例3,6はガスアトマイズ法により製造
された合金試料を材料とし、比較例4,7は遠心噴霧法
により製造された合金試料を材料とし、比較例8,9は
鋳造法により製造された合金試料を材料としている。
That is, the hydrogen storage alloys for batteries according to Comparative Examples 1, 2 and 5 were made of alloy samples manufactured by the single roll method, and Comparative Examples 3 and 6 were made of alloy samples manufactured by the gas atomizing method. In Comparative Examples 4 and 7, alloy samples manufactured by the centrifugal atomization method are used as materials, and in Comparative Examples 8 and 9, alloy samples manufactured by the casting method are used as materials.

【0075】各比較例に係る電池用水素吸蔵合金の破面
組織全体に対する柱状晶の面積割合を同様に測定して表
3に示す結果を得た。
The area ratio of columnar crystals to the entire fracture surface structure of the hydrogen storage alloy for batteries according to each comparative example was measured in the same manner, and the results shown in Table 3 were obtained.

【0076】次に上記各実施例および比較例に係る電池
用水素吸蔵合金の電池材料としての特性を評価するため
に、以下に示すような手順で上記各電池用水素吸蔵合金
を使用して電極を形成し、その電極容量,充放電サイク
ル数および初期活性化に要する充放電サイクル数(活性
回数)を測定した。
Next, in order to evaluate the characteristics of the hydrogen storage alloys for batteries according to each of the above Examples and Comparative Examples as a battery material, electrodes were prepared using the above hydrogen storage alloys for each battery in the following procedure. Was formed, and the electrode capacity, the number of charge / discharge cycles, and the number of charge / discharge cycles required for initial activation (number of times of activation) were measured.

【0077】まず上記実施例および比較例に係る電池用
水素吸蔵合金粉末と、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それぞれ作成した。
First, the hydrogen storage alloy powders for batteries, the PTFE powders, and the carbon powders according to the above-mentioned Examples and Comparative Examples were adjusted to 95.5%, 4.0%, and 0.5% by weight, respectively. After weighing, 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.

【0078】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.

【0079】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 AA type (AA) nickel hydride batteries of the respective examples were assembled by combining the above hydrogen storage alloy electrodes and nickel electrodes. 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.

【0080】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 the HgO reference electrode was discharged to a potential difference of −0.5 V was measured. 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.

【0081】また各電池について、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。各測定結果を下記表1〜3に示す。
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. The measurement results are shown in Tables 1 to 3 below.

【0082】[0082]

【表1】 [Table 1]

【0083】[0083]

【表2】 [Table 2]

【0084】[0084]

【表3】 [Table 3]

【0085】上記表1〜3に示す結果から明らかなよう
に、窒化物や炭化物や炭窒化物から成る皮膜を形成した
各実施例に係る水素吸蔵合金を使用して形成した電池に
おいては、皮膜を形成しない比較例の電池と比較して、
電極容量については変化が少ない一方、充放電サイクル
数が100〜150サイクル程度増加しており、電池の
寿命が大幅に改善されることが確認できた。
As is clear from the results shown in Tables 1 to 3, in the batteries formed by using the hydrogen storage alloys according to the respective examples in which the coatings made of nitrides, carbides and carbonitrides are formed, the coatings are In comparison with the battery of Comparative Example which does not form
It was confirmed that the change in the electrode capacity was small, but the number of charge / discharge cycles was increased by about 100 to 150 cycles, and the life of the battery was significantly improved.

【0086】また同様な組成を有する合金であっても、
合金組織中に柱状晶組織を形成した場合には、等軸晶の
みから成る合金を使用した場合と比較してサイクル寿命
が長期化することが判明した。
Further, even if the alloy has a similar composition,
It was found that when the columnar crystal structure is formed in the alloy structure, the cycle life is prolonged as compared with the case where an alloy composed of equiaxed crystals is used.

【0087】[0087]

【発明の効果】以上説明の通り本発明に係る電池用水素
吸蔵合金によれば、高硬度で安定な窒化物や炭化物から
成る皮膜が、合金の少なくとも一部の表面に形成されて
いるため、合金の構造強度が高まり、合金の微粉化によ
る劣化が効果的に防止できる。また上記皮膜による保護
作用によって電解液による合金の腐食や水酸化物の形成
が効果的に抑止できる。したがって、上記皮膜を形成し
た水素吸蔵合金を負極材料として使用し電池を構成した
場合には、皮膜を形成しない場合と比較して電池の寿命
を大幅に延伸することができる。
As described above, according to the hydrogen storage alloy for a battery of the present invention, since the coating film made of a nitride and carbide having high hardness and stability is formed on at least a part of the surface of the alloy, The structural strength of the alloy is enhanced, and deterioration due to pulverization of the alloy can be effectively prevented. Further, the protective action of the above film can effectively prevent the corrosion of the alloy and the formation of hydroxide by the electrolytic solution. Therefore, when a battery is constructed by using the above-mentioned hydrogen storage alloy having a film formed thereon as a negative electrode material, the life of the battery can be significantly extended as compared with the case where no film is formed.

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

【図1】本発明に係るニッケル水素二次電池の構成例を
部分的に破断して示す斜視図。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a configuration example of a nickel-hydrogen secondary battery according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 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 Terminal 20 Safety Valve 21 Insulating Tube 22 Collar Paper

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01M 10/30 Z (72)発明者 稲田 周介 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 長谷部 裕之 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 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─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01M 10/30 Z (72) Inventor Shusuke Inada 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Stock company Toshiba Yokohama Works (72) Inventor Hiroyuki Hasebe 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Yoshiyuki Isazaki Komu-shishi-cho 1, Kawasaki-shi, Kanagawa Incorporated company Toshiba Research and Development Center

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式ABx(但し、AはY(イットリ
ウム)を含む希土類元素から選択される少なくとも1種
の元素、BはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,C
r,Mo,W,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ag,
Al,Ga,In,Si,GeおよびSnから選択され
る少なくとも1種の元素、4.5≦x≦5.5)で表わ
される組成を有する合金から成り、上記元素の窒化物お
よび炭化物の少なくとも一方から成る皮膜を上記合金の
少なくとも一部の表面に形成したことを特徴とする電池
用水素吸蔵合金。
1. A general formula ABx (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), and B is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, C.
r, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag,
At least one element selected from Al, Ga, In, Si, Ge and Sn, and an alloy having a composition represented by 4.5 ≦ x ≦ 5.5), and at least a nitride and a carbide of the above element. A hydrogen storage alloy for a battery, wherein a film made of one is formed on at least a part of the surface of the above alloy.
【請求項2】 一般式ABx(但し、AはZr,Ti,
Hf,Y(イットリウム)を含む希土類元素から選択さ
れる少なくとも1種の元素、BはV,Nb,Ta,C
r,Mo,W,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ag,
Al,Ga,In,Si,GeおよびSnから選択され
る少なくとも1種の元素、1.8≦x≦2.3)で表わ
される組成を有する合金から成り、上記元素の窒化物お
よび炭化物の少なくとも一方から成る皮膜を上記合金の
少なくとも一部の表面に形成したことを特徴とする電池
用水素吸蔵合金。
2. A general formula ABx (where A is Zr, Ti,
At least one element selected from rare earth elements including Hf, Y (yttrium), B is V, Nb, Ta, C
r, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag,
At least one element selected from Al, Ga, In, Si, Ge, and Sn, and an alloy having a composition represented by 1.8 ≦ x ≦ 2.3), and at least a nitride and a carbide of the above element. A hydrogen storage alloy for a battery, wherein a film made of one is formed on at least a part of the surface of the above alloy.
【請求項3】 合金が少なくとも一部に柱状晶組織を有
することを特徴とする請求項1または2記載の電池用水
素吸蔵合金。
3. The hydrogen storage alloy for batteries according to claim 1, wherein the alloy has a columnar crystal structure in at least a part thereof.
【請求項4】 一般式ABx(但し、AはY(イットリ
ウム)を含む希土類元素から選択される少なくとも1種
の元素、BはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,C
r,Mo,W,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ag,
Al,Ga,In,Si,GeおよびSnから選択され
る少なくとも1種の元素、4.5≦x≦5.5)で表わ
される組成を有する合金を調製し、得られた合金を窒素
や炭化水素を含む雰囲気中で熱処理することにより、上
記合金の少なくとも一部の表面に上記元素の窒化物およ
び炭化物の少なくとも一方から成る皮膜を形成すること
を特徴とする電池用水素吸蔵合金の製造方法。
4. The general formula ABx (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), and B is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, C.
r, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag,
At least one element selected from Al, Ga, In, Si, Ge and Sn, an alloy having a composition represented by 4.5 ≦ x ≦ 5.5) is prepared, and the obtained alloy is subjected to nitrogen or carbonization. A method for producing a hydrogen storage alloy for a battery, which comprises forming a film made of at least one of a nitride and a carbide of the above element on at least a part of the surface of the above alloy by heat treatment in an atmosphere containing hydrogen.
【請求項5】 一般式ABx(但し、AはTi,Zr,
Hf,Y(イットリウム)を含む希土類元素から選択さ
れる少なくとも1種の元素、BはV,Nb,Ta,C
r,Mo,W,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ag,
Al,Ga,In,Si,GeおよびSnから選択され
る少なくとも1種の元素、1.8≦x≦2.3)で表わ
される組成を有する合金を調製し、得られた合金を窒素
や炭化水素を含む雰囲気中で熱処理することにより、上
記合金の少なくとも一部の表面に上記元素の窒化物およ
び炭化物の少なくとも一方から成る皮膜を形成すること
を特徴とする電池用水素吸蔵合金の製造方法。
5. The general formula ABx (where A is Ti, Zr,
At least one element selected from rare earth elements including Hf, Y (yttrium), B is V, Nb, Ta, C
r, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag,
An alloy having a composition represented by at least one element selected from Al, Ga, In, Si, Ge and Sn, 1.8 ≦ x ≦ 2.3) is prepared, and the obtained alloy is subjected to nitrogen or carbonization. A method for producing a hydrogen storage alloy for a battery, which comprises forming a film made of at least one of a nitride and a carbide of the above element on at least a part of the surface of the above alloy by heat treatment in an atmosphere containing hydrogen.
【請求項6】 皮膜を形成する前に、非酸化性雰囲気中
で合金を温度400〜1000℃で1〜10時間加熱す
る均質化熱処理を行なうことを特徴とする請求項4また
は5記載の電池用水素吸蔵合金の製造方法。
6. The battery according to claim 4, wherein the alloy is subjected to a homogenizing heat treatment in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 400 to 1000 ° C. for 1 to 10 hours before forming the film. For producing hydrogen storage alloy for automobiles.
【請求項7】 一般式ABx(但し、AはY(イットリ
ウム)を含む希土類元素から選択される少なくとも1種
の元素、BはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,C
r,Mo,W,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ag,
Al,Ga,In,Si,GeおよびSnから選択され
る少なくとも1種の元素、4.5≦x≦5.5)で表わ
される組成を有する合金から成り、上記元素の窒化物お
よび炭化物の少なくとも一方から成る皮膜を上記合金の
少なくとも一部の表面に形成した電池用水素吸蔵合金を
含む負極と,ニッケル酸化物を含む正極との間に電気絶
縁性を有するセパレータを介装して密閉容器内に収容
し、この密閉容器内にアルカリ電解液を充填したことを
特徴とするニッケル水素二次電池。
7. The general formula ABx (where A is at least one element selected from rare earth elements including Y (yttrium), and B is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, C.
r, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag,
At least one element selected from Al, Ga, In, Si, Ge and Sn, and an alloy having a composition represented by 4.5 ≦ x ≦ 5.5), and at least a nitride and a carbide of the above element. In a closed container with a separator having electrical insulation interposed between a negative electrode containing a hydrogen storage alloy for batteries and a positive electrode containing nickel oxide, in which a film composed of one is formed on at least part of the surface of the above alloy A nickel-hydrogen secondary battery, characterized in that the nickel-hydrogen secondary battery is housed in an airtight container and filled with an alkaline electrolyte in the closed container.
【請求項8】 一般式ABx(但し、AはTi,Zr,
Hf,Y(イットリウム)を含む希土類元素から選択さ
れる少なくとも1種の元素、BはV,Nb,Ta,C
r,Mo,W,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Ag,
Al,Ga,In,Si,GeおよびSnから選択され
る少なくとも1種の元素、1.8≦x≦2.3)で表わ
される組成を有する合金から成り、上記元素の窒化物お
よび炭化物の少なくとも一方から成る皮膜を上記合金の
少なくとも一部の表面に形成した電池用水素吸蔵合金を
含む負極と,ニッケル酸化物を含む正極との間に電気絶
縁性を有するセパレータを介装して密閉容器内に収容
し、この密閉容器内にアルカリ電解液を充填したことを
特徴とするニッケル水素二次電池。
8. A general formula ABx (where A is Ti, Zr,
At least one element selected from rare earth elements including Hf, Y (yttrium), B is V, Nb, Ta, C
r, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag,
At least one element selected from Al, Ga, In, Si, Ge and Sn, and an alloy having a composition represented by 1.8 ≦ x ≦ 2.3), and at least a nitride and a carbide of the above element. In a closed container with a separator having electrical insulation interposed between a negative electrode containing a hydrogen storage alloy for batteries and a positive electrode containing nickel oxide, in which a film composed of one is formed on at least part of the surface of the above alloy A nickel-hydrogen secondary battery, characterized in that the nickel-hydrogen secondary battery is housed in an airtight container and filled with an alkaline electrolyte in the closed container.
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