JPH08148179A - ニッケル−水素蓄電池 - Google Patents

ニッケル−水素蓄電池

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JPH08148179A
JPH08148179A JP6291846A JP29184694A JPH08148179A JP H08148179 A JPH08148179 A JP H08148179A JP 6291846 A JP6291846 A JP 6291846A JP 29184694 A JP29184694 A JP 29184694A JP H08148179 A JPH08148179 A JP H08148179A
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JP
Japan
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hydrogen storage
alloy
nickel
battery
storage battery
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Pending
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JP6291846A
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English (en)
Inventor
Yoichiro Tsuji
庸一郎 辻
Toru Yamamoto
徹 山本
Koji Yamamura
康治 山村
Hajime Seri
肇 世利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • 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

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温保存時に開回路電圧が数週間で0Vまで
低下するなどの電池特性の劣化を改善されたニッケルー
水素蓄電池を提供する。 【構成】 水素吸蔵合金を負極に用いたニッケルー水素
蓄電池において、そのアルカリ電解液中にNa2HP
4、Na247、Na2O・nSiO2およびNa2
rO4よりなる群から選択されるナトリウム塩を添加す
る。水素吸蔵合金は、Fe、TiおよびCrよりなる群
から選択される少なくとも一種の元素を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水素吸蔵合金を負極に
用いたニッケルー水素蓄電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ポータブル機器の発展に伴い、そ
の電源となる電池も一層の高エネルギ−密度が要求さ
れ、これを達成するために金属水素化物、つまり水素吸
蔵合金電極を使ったニッケル−水素蓄電池が注目され、
製法などに多くの提案がされている。水素を可逆的に吸
収・放出しうる水素吸蔵合金を使用する水素吸蔵合金電
極は、理論容量密度がカドミウム電極より大きく、亜鉛
電極のような変形やデンドライトの形成などもないこと
から、長寿命・無公害であり、しかも高エネルギー密度
を有するアルカリ蓄電池用負極として期待されている。
このような水素吸蔵合金電極に用いられる合金は、通常
アーク溶解法や高周波誘導加熱溶解法などで作製され、
一般的にはTi−Ni系およびLa(またはMm)−N
i系の多元系合金がよく知られている。Ti−Ni系の
多元系合金は、ABタイプ(A:La、Zr、Tiなど
の水素との親和性の大きい元素、B:Ni、Mn、Cr
などの遷移元素)として分類される。このタイプの合金
は、充放電サイクルの初期には比較的大きな放電容量を
示すが、充放電を繰り返すと、その容量を長く維持する
ことが困難であるという問題がある。また、AB5タイ
プのLa(またはMm)−Ni系の多元系合金は、近年
電極材料として多くの開発が進められ、特にMm−Ni
系の多元系合金はすでに実用化されている。このタイプ
の合金も比較的放電容量が小さく、電池電極としての寿
命性能が不十分であり、材料コストが高いなどの問題を
有している。したがって、さらに放電容量が大きく、長
寿命の電極を与える新規水素吸蔵合金材料が望まれてい
る。これに対して、AB2タイプのラーバス(Lave
s)相合金は、水素吸蔵能が比較的高く、高容量かつ長
寿命の電極として有望である。この合金系については、
例えばZrαVβNiγMδ系合金(特開昭64−60
961号公報)やAxByNiz系合金(特開平1−1
02855号公報)、ZrαMnβVγCrδNiε系
合金(特開平3−289041号公報)、ZrMnxVy
Niz系合金(特開平4−301045号公報)などが
提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】水素吸蔵合金電極を水
酸化ニッケルを活物質とするニッケル電極と組み合わせ
て構成したニッケル−水素蓄電池は、放電後高温(65
℃)で保存すると数週間で電圧が低下して0Vになり、
その後、充放電しても保存前の容量まで回復しないとい
う課題があった。この問題は、特に電池を組み込んだ機
器を自動車などの中に放置した場合、日中の温度上昇に
よって電池が使えなくなるという事態を引き起こすこと
につながる。本発明は、上記従来の課題を解決するもの
であり、電解液を改善することにより、高温保存時にお
ける電圧の低下を防止し、さらに高容量を維持するニッ
ケル−水素蓄電池を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明のニッケルー水素
蓄電池は、 水素吸蔵合金からなる負極、ニッケル正極
およびアルカリ電解液を具備し、前記電解液が前記水素
吸蔵合金中の元素に対して不働態形成作用を持つナトリ
ウム塩を含むものである。ここに、前記のナトリウム塩
としては、Na2HPO4、Na247、Na2O・nS
iO2およびNa2CrO4よりなる群から選択される化
合物が用いられる。また、前記水素吸蔵合金は、Fe、
TiおよびCrよりなる群から選択される少なくとも一
種の元素を含む合金であることが好ましい。
【0005】
【作用】ニッケルー水素蓄電池が高温保存時に特性が劣
化するのは、負極合金成分が高温のアルカリ電解液中に
溶出することによるものと考えられている。本発明者ら
は、この点に着目して種々検討した結果、アルカリ電解
液中にこの種合金中の元素を不働態しやすいナトリウム
塩、殊にNa2HPO4、Na247、Na2O・nSi
2またはNa2CrO4を添加することによって、合金
表面に不働態あるいは不溶性の被膜が形成され、合金成
分の溶出を防ぐとともに高温保存時の電池の劣化を防止
する効果の得られることを見出した。また、合金中にF
e、CrおよびTiよりなる群から選択される少なくと
も一種の元素を含む場合は、これらの金属が特に不働態
を形成しやすいためさらに効果が大きい。
【0006】
【実施例】以下に本発明をその実施例によりさらに詳し
く説明する。 [実施例1]用いた水素吸蔵合金は、主たる合金相がC
15型ラーバス(Laves)相であるZrMn0.4
0.2Cr0.1Fe0.2Ni1.2(合金A)とZrMn0.6
0.3Ni1.2(合金B)の組成の2種類である。これらの
合金をジェットミルで粉砕して得た平均粒径25μmの
粉末にポリエリレン粉末を3重量%加え、エタノールで
ペーストにし、次いでこのペーストを多孔度95%、厚
さ0.6mmの発泡状ニッケル板に充填し、加圧するこ
とによって電極を作製した。これらの電極をそれぞれ幅
3.5cm、長さ14.5cmに切断し、正極およびセ
パレータと組み合わせて渦巻き状に捲回して4/5Aサ
イズの電槽に収納した。なお、正極は公知の発泡式ニッ
ケル電極で、幅3.5cm、長さ11cmとして用い
た。また、セパレータは親水性を付与したポリプロピレ
ン不織布を使用した。この電池は正極容量規制で、公称
容量は1.6Ahである。電解液としては、比重1.3
0の水酸化カリウム水溶液に水酸化リチウムを30g/
l溶解し、さらに各種のナトリウム塩を加えた。そのナ
トリウム塩の種類および添加割合と水素吸蔵合金の違い
による電池番号を表1にまとめて示す。
【0007】
【表1】
【0008】これらの電池を25℃において0.1Cで
正極容量の150%まで充電し、0.2Cで放電する初
充放電をした後、50℃で3日間放置し、その後、初充
放電と同じ条件で10サイクル充放電を繰り返した。こ
の間にすべての電池は理論容量の95%以上の放電容量
を示した。まず、これらの電池の低温高率放電特性を調
べた。すなわち、25℃において0.1Cで150%ま
で充電した後、0℃において1Cで放電した。その後残
存している容量を25℃において0.2Cで放電した
後、放電状態で65℃で保存し、開回路電圧の変化を調
べた。作製した電池の一部は電池電圧が0Vになるまで
の日数を測定し、残りの電池は60日経過した時点で取
り出し、再び充放電し、その放電容量が理論容量に対し
て、どれだけ回復するかを調べた。以上の結果を表2〜
5にまとめて示す。ちなみに、実施例のナトリウム塩を
添加しない場合の電池の諸特性は、合金Aを用いた場
合、低温高率放電容量が理論容量の85%、65℃保存
時における電圧が0Vに低下するまでに28日、60日
経過後の容量回復率は62%であり、合金Bを用いた場
合は同様に83%、25日、56%であった。
【0009】
【表2】
【0010】
【表3】
【0011】
【表4】
【0012】
【表5】
【0013】表2〜5に示すように、本発明によれば、
低温高率放電特性が若干低下するものの、高温保存にお
ける耐久性は非常に向上する。ナトリウム塩の添加割合
に関しては、表からもわかるように、放電特性などを考
慮すると10wt%程度までが適当である。しかし、高
温保存特性だけが特に良い電池が望ましい場合は、さら
に添加量を増やすことも可能である。合金種による違い
を見ると、合金Aの方が良い高温保存特性を示した。こ
れは合金中にFeやCrといった不働態を形成しやすい
金属が含まれているためと考えられる。
【0014】[実施例2]用いた水素吸蔵合金は、主た
る合金相がC15型ラーバス相であるZrMn0. 60.2
Ni1.2(合金C)とZr0.8Ti0.2Mn0.60.2Ni
1.2(合金D)の組成の2種類である。電極の作製方法
および電池の構成は、実施例1と同様である。電解液
は、比重1.30の水酸化カリウム水溶液に水酸化リチ
ウムを30g/l溶解し、さらにNa2HPO4、Na2
O・nSiO2、Na247、Na2CrO4をそれぞれ
3wt%添加したものを用いた。これらの電池を25℃
において0.1Cで正極容量の150%まで充電し、
0.2Cで放電する初充放電をした後、50℃で3日間
放置し、その後、初充放電と同じ条件で10サイクル充
放電を繰り返した。この間にすべての電池は理論容量の
95%以上の放電容量を示した。これらの電池を放電状
態で65℃で保存し、開回路電圧の変化を調べた。作製
した電池の一部は電池電圧が0Vになるまでの日数測定
に使用し、残りの電池は60日経過した時点で取り出
し、再び充放電し、その放電容量が理論容量に対して、
どれだけ回復するかを調べた。その結果を表6に示す。
【0015】
【表6】
【0016】表6から明らかなように、本発明による
と、高温保存特性が大幅に改善され、さらに、合金中に
Tiを含む場合には、高温保存特性がより改善されるこ
とがわかった。これは、合金中にTiを含むことによ
り、Tiが電解液によって不働態を形成し、合金成分の
溶出を抑制する効果が大きいためと考えられる
【0017】以上の実施例に示したように、本発明によ
るニッケルー水素蓄電池は負極合金の劣化を防ぎ、高温
保存特性を改善することができる。このような効果は、
特に合金中にFe、Cr、Tiの不働態を作りやすい金
属を含む場合に顕著であった。しかしながら、この他に
もNiのように弱い不働態ないしは不溶性被膜を形成す
る元素が含まれている場合にも効果が得られた。したが
って、他の組成のAB2型ラーバス相合金はもちろんの
こと、AB5やA2B等のほかの水素吸蔵合金について
も、電解液への添加物の効果は同様であり、高温保存特
性の改善が図れる。また、上記の添加物はアルカリ中で
溶存酸素が多い場合に特に効果が大きく、その意味では
密閉型のニッケルー水素蓄電池が最も効果的な環境であ
るといえる。
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高温にお
ける保存特性の改善されたニッケルー水素蓄電池を得る
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 世利 肇 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素吸蔵合金からなる負極、ニッケル正
    極およびアルカリ電解液を具備し、前記電解液が前記水
    素吸蔵合金中の元素に対して不働態形成作用を持つナト
    リウム塩を含むことを特徴とするニッケルー水素蓄電
    池。
  2. 【請求項2】 前記ナトリウム塩が、Na2HPO4、N
    247、Na2O・nSiO2およびNa2CrO4
    りなる群から選択される化合物である請求項1記載のニ
    ッケルー水素蓄電池。
  3. 【請求項3】 前記水素吸蔵合金が、Fe、Tiおよび
    Crよりなる群から選択される少なくとも一種の元素を
    含む請求項1または2記載のニッケルー水素蓄電池。
JP6291846A 1994-11-25 1994-11-25 ニッケル−水素蓄電池 Pending JPH08148179A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1069638A1 (en) * 1999-07-08 2001-01-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nickel-metal hydride secondary battery
JP2002367669A (ja) * 2001-06-04 2002-12-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd アルカリ蓄電池
JP2017022036A (ja) * 2015-07-13 2017-01-26 トヨタ自動車株式会社 金属空気電池用電解液、及び、金属空気電池
CN109585942A (zh) * 2017-09-28 2019-04-05 巴斯夫公司 改进nimh电池组高温性能的方法和组合物

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