JPH0869795A - 水素吸蔵合金電極の製造法 - Google Patents

水素吸蔵合金電極の製造法

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JPH0869795A
JPH0869795A JP6205338A JP20533894A JPH0869795A JP H0869795 A JPH0869795 A JP H0869795A JP 6205338 A JP6205338 A JP 6205338A JP 20533894 A JP20533894 A JP 20533894A JP H0869795 A JPH0869795 A JP H0869795A
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JP
Japan
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storage alloy
reducing agent
electrode
hydrogen
hydrogen storage
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JP6205338A
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English (en)
Inventor
Shinobu Takagi
忍 高木
Takasumi Shimizu
孝純 清水
Noriaki Hashiguchi
紀昭 橋口
Kenji Kodama
健二 小玉
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い活性を有し、大きな放電容量を有する水
素吸蔵合金電極を提供す。 【構成】 水素吸蔵合金の粉末に還元剤を混合し、アル
カリ耐食性金属の網、多孔体もしくは繊維成形体ととも
に圧延して電極を作成し、次いで不活性雰囲気下で、還
元剤の融点以上で水素吸蔵合金粉末の融点以下の温度で
熱処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、水素吸蔵合金(Meta
l Hydride:MH) 電極の製造法に関するものである。さら
に詳しくは、この発明は、Ni−MH二次電池負極材料
等として有用な、活性が高く、より大きな放電容量を有
する水素吸蔵合金電極の製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】近年、水素吸蔵合金は、Ni
−MH二次電池の負極材料等として期待されており、こ
のような応用への展開を可能とする水素吸蔵合金として
は、AB型のTi−Ni系、AB5 型のMm(ミッシュ
メタル)−Ni系合金とともに、一般式としてABα
(α≧1.6)で表わされる金属化合物のラーベス相に
属する合金が知られている。
【0003】このラーベス相合金には、立方晶のC15
型の結晶構造のものや、六方晶のC14型の結晶構造の
ものが知られており、チタンやジルコニウム等が主要構
成元素として含有されている。そして、このラーベス相
合金、特にC15型立方晶合金は、放電容量が大きいと
いう特徴を有している。
【0004】しかしながら、このラーベス相合金の登場
によって、水素吸蔵合金からなる二次電池用電極の実用
性は高まったものの、これまでの水素吸蔵合金の場合に
は初期活性化に時間がかかり、この点において、放電容
量のさらなる増大には制約があるという不都合があっ
た。ラーベス相合金では、この活性化処理に時間がかか
る原因は、合金の表面層に形成されるジルコニウム(Z
r)の酸化膜の存在によるものであることがわかってい
るが、初期活性化を促進し、より大きな放電容量とする
ための有効策についてはいまだほとんど見出されていな
いのが実情である。
【0005】このため、従来の水素吸蔵合金について
は、より実用性を高めるために、活性を高め、大きな放
電容量とするための新しい技術的手段が求められてい
た。そこで、この発明は、以上の通りの従来のラーベス
相合金等の水素吸蔵合金電極の特性をさらに改善し、高
い活性を有し、放電容量の増加を図ることのできる、実
用性に優れた新しい水素吸蔵合金電極を製造するための
新しい製造法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、可逆的に水素を吸蔵・放出可能
な水素吸蔵合金の粉末に還元剤を混合し、アルカリ耐食
性金属の網、多孔体もしくは繊維成形体とともに圧延し
て電極を作成し、次いで不活性雰囲気中で、還元剤の融
点以上で水素吸蔵合金粉末の融点以下の温度で熱処理す
ることを特徴とする水素吸蔵合金電極の製造法を提供す
る。
【0007】この方法において対象とする水素吸蔵合金
そのものについては、従来公知のものをはじめとして各
種のものが含まれる。すなわち、たとえば、いわゆるA
5型のものとしては、LaNi5 、MmNi5 、Mm
Ni5-y y (B=Mn,Al,Cr,Co,Si等)
が、また、AB2 型のものとしては、ラーベス相C14
型のTiMn2 、ZrMn2 、C15型のZrV2 、T
iMn2-y y (B=Ni,Cu,Fe,Co,V
等)、Zr(V1-y y 2 (B=Ni,Fe,Co,
Mn等)がそれらの代表的なものとして例示される。な
かでも、この発明では、ラーベス相合金で、C15型結
晶構造の合金が好適なものとして使用される。
【0008】このような水素吸蔵合金の粉末は、たとえ
ば以下のようにして製造することができる。すなわち、
まず、所定の合金組成となるように、各構成元素をボタ
ンアーク炉、もしくは高周波誘導炉等によって溶解し、
次いで、その均質化のために真空中もしくは不活性ガス
中において熱処理する。この場合の条件は、たとえば真
空中で、1000〜1100℃程度の温度において2〜
12時間程度処理することが好ましい。
【0009】この均質化熱処理後、水素化粉砕もしくは
機械粉砕し、分級して平均粒径25〜106μm程度に
することができる。より好ましくは、平均粒径が30〜
75μm程度とする。特に限定されることはないが、一
般的には、粒径があまり小さいと酸化されやすくなり、
また、大きすぎると電極の作製が困難となり、放電容量
は大きなものとならない。
【0010】このようにして製造した水素吸蔵合金の粉
末には、この発明においては還元剤が混合される。この
還元剤としては、還元作用を有する合金元素の適宜なも
のが用いられるが、より好適には、周期表I族a亜族ま
たはII族a亜族の金属元素が使用される。具体的には、
Mg,Ca,Na,K等の金属である。これらの還元剤
は、粉末として水素吸蔵合金に混合するが、その配合割
合としては、通常は全体量の0.5〜20重量%程度、
より好ましくは3〜10%程度とする。0.5%未満、
さらには3%未満では、この発明が目的とする、より高
い活性と大きな放電容量という特性の実現は難しく、ま
た20%、さらには10%を超える場合には、逆に水素
吸蔵特性そのものが低下する傾向にある。
【0011】還元剤を混合した後には、水素吸蔵合金の
粉末はアルカリ耐食性金属の網、多孔体あるいは繊維成
形体とともに圧延して電極形状に成形する。この場合、
適宜なバインダーの使用が考慮される。アルカリ耐食性
金属は、アルカリ二次電池負極にこの発明の電極を用い
ることにおいて必須のものであって、たとえば、Niや
Pt(白金)をはじめとする貴金属や、それらの金属で
メッキされたものがこのアルカリ耐食性金属として使用
される。
【0012】もちろん、その形状については、電極とし
ての所望のものとすることができ、網(ネット)、パン
チングメタル等の多孔体、あるいはこれら金属繊維の成
形体の任意のものであってよい。そして、さらにその
後、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲気下で、還元剤
の融点以上で水素吸蔵合金の融点以下の温度において加
熱処理をする。
【0013】
【作用】この発明の製造法においては、電極形成時に還
元剤を混合し、次いで熱処理することを特徴としている
が、この方法では、水素吸蔵合金粉末の表面に還元剤が
被覆され、合金表面に生成する酸化物が還元されて、電
解液に溶解しやすい還元剤の酸化物と還元剤の表面層が
生成されるものと考えられる。
【0014】実際にも、たとえばジルコニウム(Zr)
を主体とするラーベス相C15型水素吸蔵合金の粉末に
還元剤としてのMgを混合して成形した電極についてE
PMA分析を行うと、反射二次電子像(SEM)、Mg
とO(酸素)のX線分析により、図1に模式的に示した
ように、ラーベス相C15型水素吸蔵合金(1)の表面
には、MgないしはMgとZrの金属層(2)と、最表
面のMgO層(3)とが生成されているのが確認され
る。
【0015】金属層(2)とMgO層(3)とは、電極
使用時に電解液に容易に溶けて除去され、清浄な表面を
持った水素吸蔵合金電極が得られる。このため、電極は
高い初期活性を有し、大きな放電容量を実現することが
できる。還元剤としてMgを用いた場合の反応を示す
と、以下の通りである。
【0016】
【化1】
【0017】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明について説明する。
【0018】
【実施例】実施例1〜7 表1に示した通り、原子比でZr(V0.1 Ni0.64Mn
0.382.1 の組成のラーベス相C15型水素吸蔵合金
に、Mg粉末を1〜20重量%の範囲で添加混合し、こ
れをNi網とともに圧延して厚み約0.3mmの電極を
作成した。
【0019】これをAr(アルゴン)雰囲気中で、Mg
の融点(650℃)以上の700〜1000℃の温度で
1時間加熱処理した。その後、この処理した電極を負極
として用いて、水酸化ニッケルからなる正極と組合わせ
て二次電池を構成し、負極規制の中で、水素吸蔵合金1
g当たり17mAの電流で充放電して放電容量を測定し
た。その結果を表2に示した。比較例1〜2 同様に実施例1〜7と同じ組成の水素吸蔵合金を用い、
Mgを添加混合することなく電極成形し、表1の通り、
600℃および900℃での熱処理を施した。
【0020】このものについても同様に放電容量を測定
し、表2に示した結果を得た。比較例3 実施例1〜7と同じ組成の水素吸蔵合金に、表1の通り
5%のMgを添加混合して電極を成形し、Mgの融点
(680℃)以下の600℃で熱処理を施した。得られ
た電極について同様に放電容量を測定し、表2に示した
結果を得た。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】表1および表2からは、以下のことが明ら
かである。すなわち、実施例1では、Mgを5%添加
し、Mgの融点以上の700℃で熱処理しているが、1
サイクル目から容量が得られており、活性化が早くなっ
ている。また、実施例2〜7は、Mgを1〜20%まで
添加し、Mgの融点以上の温度800〜1000℃で熱
処理した場合であるが、Mg量が8%および熱処理温度
約900℃(実施例5)で最も放電容量が大きくなって
いる。Mg量が10%を越えると逆に活性化が低下する
傾向にあり、放電容量も小さくなる。これはMg被膜が
厚すぎて電解液に溶けるのに時間がかかることと、10
%以上添加すると、水素を吸蔵するMH合金量自体が減
少することによる。また熱処理温度が1050℃以上で
は電解支持体のNi網がMH合金と反応して溶解するこ
とも確認されている。
【0024】一方、比較例1は、Mg添加なしの場合
で、9サイクルの放電容量も小さい。比較例2は、Mg
添加なしで熱処理した場合で、電極内でMH粉末同志の
焼結が進むために、放電容量は大きくなるが、最高33
0mAh/gどまりである。比較例3は、Mgを5%添
加し、600℃で熱処理した場合であるが、熱処理温度
がMgの融点(約650℃)以上でないため、結果は比
較例1とほぼ同じである。実施例8〜10 実施例1〜7と同様にして、表3の組成と処理温度とし
て電極を製造した。
【0025】同様に放電容量を測定し、表3に示した通
りの良好な結果が得られた。
【0026】
【表3】
【0027】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り、初期活性が高く、大きな放電容量が得られる水素吸
蔵合金電極の製造が可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の電極の水素吸蔵合金の表面構造を模
式的に例示した断面図である。
【符号の説明】
1 水素吸蔵合金 2 金属層 3 MgO層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素吸蔵合金の粉末に還元剤を混合し、
    アルカリ耐食性金属の網、多孔体もしくは繊維成形体と
    ともに圧延して電極を作成し、次いで不活性雰囲気下
    で、還元剤の融点以上で水素吸蔵合金粉末の融点以下の
    温度で熱処理することを特徴とする水素吸蔵合金電極の
    製造法。
  2. 【請求項2】 水素吸蔵合金がラーベス相合金である請
    求項1の製造法。
  3. 【請求項3】 水素吸蔵合金がC15型結晶構造を有し
    ている請求項2の製造法。
  4. 【請求項4】 還元剤が、周期表I族a亜族またはII族
    a亜族の金属元素である請求項1ないし3のいずれかの
    製造法。
  5. 【請求項5】 還元剤を0.1〜20重量%混合する請
    求項1ないし4のいずれかの製造法。
  6. 【請求項6】 アルカリ耐食性金属が、ニッケル、また
    は貴金属単体あるいはその金属でメッキしたものである
    請求項1ないし5のいずれかの製造法。
JP6205338A 1994-08-30 1994-08-30 水素吸蔵合金電極の製造法 Pending JPH0869795A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6902845B2 (en) 2001-03-09 2005-06-07 Canon Kabushiki Kaisha Alkaline rechargeable battery and process for the production thereof

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