JPH0953130A - 水素吸蔵合金の製造方法 - Google Patents

水素吸蔵合金の製造方法

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JPH0953130A
JPH0953130A JP7211589A JP21158995A JPH0953130A JP H0953130 A JPH0953130 A JP H0953130A JP 7211589 A JP7211589 A JP 7211589A JP 21158995 A JP21158995 A JP 21158995A JP H0953130 A JPH0953130 A JP H0953130A
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JP
Japan
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alloy
hydrogen storage
powder
metallic
storage alloy
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JP7211589A
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English (en)
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Toru Yamamoto
徹 山本
Hajime Seri
肇 世利
Yoichiro Tsuji
庸一郎 辻
Toshihiro Yamada
敏弘 山田
Yoshinori Toyoguchi
▲吉▼徳 豊口
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで高容量の体心立方構造を有する水
素吸蔵合金を提供することを目的とする。 【解決手段】 少なくともTi、VおよびNiを含む体
心立方構造を有する水素吸蔵合金の製造方法において、
25粉末、平均粒径1μm以下のニッケル粉末、およ
び前記合金に必要とする元素を金属状態または酸化物で
含む原料と、前記原料中の酸化物の還元当量の1.2倍
から1.8倍の金属カルシウム粒子とを混合する工程、
得られた混合物を加圧成形する工程、得られた成形体を
不活性ガス雰囲気中において加熱して前記金属カルシウ
ムを溶融することにより前記酸化物を還元するとともに
カルシウム分を含む合金塊を得る工程、および前記合金
塊からカルシウム分を除去する工程を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素ガスの吸蔵・
放出を可逆的に行うことのできる水素吸蔵合金の製造方
法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
の電源となる電池にも一層の高エネルギ−密度が要求さ
れている。この要求に応えるために、金属水素化物、つ
まり水素吸蔵合金を負極に用いたニッケル・水素蓄電池
が注目されている。電気化学的に水素を可逆的に吸収・
放出しうる水素吸蔵合金を負極に使用するニッケル・水
素蓄電池は、理論容量が従来のニッケル・カドミウム電
池より大きく、負極が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と
して期待されている。
【0003】このような負極に用いられる水素吸蔵合金
は、通常アーク溶解法や高周波誘導加熱溶解法などで作
製される。一般的には、La(またはMm:ミッシュメ
タル)−Ni系AB5 タイプの多元系合金がよく知られ
ており、近年電極材料として多くの開発が進められ、す
でに実用化されている。しかし、この合金系は、比較的
放電容量が小さく、コストがカドミウムに比べ高いとい
う問題を有している。したがって、さらに放電容量がよ
り大きく、低コストの新規水素吸蔵合金材料が望まれて
いる。
【0004】これに対して、Zr(またはZrとT
i)、VおよびNiを主成分とするAB2 タイプのラー
ベス(Laves)相合金は、水素吸蔵能が高く、高容
量かつ長寿命の電極として有望である。しかし、初期活
性や低温高率放電特性等に課題を有している。また、近
年TiVNiを主成分とする体心立方構造を有する水素
吸蔵合金(以下bcc合金と記す)も高容量負極として
注目されている(例えば、特開平6−228699号公
報)。しかし、bcc合金は、組成中に高価なVを多量
に含むため、コストが非常に高くなる課題がある。これ
を解決するため、AB5タイプの合金等で行われる還元
拡散法を用い、安価な酸化物から合金を製造する方法が
考えられる(例えば、特開平3−170601号公
報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の還元拡散法は、
Ni量が多い合金に適用され、しかもこのNiを合金の
母相に入れる工程が採られていた。従って、従来の還元
拡散法をそのままbcc合金に適用することはできな
い。すなわち、bcc合金は、Ni量が少なく、その大
半が偏析相中に含まれ、この偏析相が電気化学的活性点
として働く特徴がある。bcc合金に従来の還元拡散法
を適用すると、Niが母相内に入るか、局在して大きな
偏析として存在することとなる。このため、電極活性が
低く、放電容量が余り大きく出ないという課題を有して
いた。本発明は、上記の課題に鑑み、低コストで、高容
量のbcc合金を製造する方法を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の水素吸蔵合金の
製造方法は、少なくともTi、VおよびNiを含む体心
立方構造を有する水素吸蔵合金の製造方法において、V
25粉末、平均粒径1μm以下のニッケル粉末、および
前記合金に必要とする元素を金属状態または酸化物で含
む原料と、前記原料中の酸化物の還元当量の1.2倍か
ら1.8倍の金属カルシウム粒子とを混合する工程、得
られた混合物を加圧成形する工程、得られた成形体を不
活性ガス雰囲気中において加熱して前記金属カルシウム
を溶融することにより前記酸化物を還元するとともにカ
ルシウム分を含む合金塊を得る工程、および前記合金塊
からカルシウム分を除去する工程を有する。ここにおい
て、反応の均一性を増すため、塩化カルシウムを添加す
るのが有効である。また、カルシウムを溶融して酸化物
を還元する温度としては、950℃〜1050℃が適し
ていた。また、残存カルシウムの除去の際には、塩化ア
ンモニウム水溶液による洗浄が有効である。そして、そ
の洗浄後、1wt%以下の薄いフッ化水素酸水溶液に1
0分間程度浸漬し、表面を軽くエッチングすると、電極
特性は大幅に向上する。本発明によれば、低コストで、
高容量の体心立方構造を有する水素吸蔵合金を得ること
ができる。
【0007】上記のように、高価な金属Vを用いず、V
25粉末を出発材料とすることで、合金コストの大幅な
引き下げが可能となる。さらに、平均粒径1μm以下の
Ni粉末を使用することで、合金内にTi−Niの偏析
を細かく、かつ均質に分散することができる。これによ
って、電極活性が向上し、放電容量が向上する。本発明
者らの研究結果によると、bcc合金は、従来のAB5
タイプやAB2タイプの水素吸蔵合金と異なり、Ti、
V、あるいはさらにCr等を含む母相で水素を吸蔵し、
主にTi−Niからなる偏析相が電気化学的活性点とな
り、電気化学的な水素吸蔵・放出を行っていることがわ
かった。また、充放電サイクルの進行に伴い放電容量が
劣化するのは、偏析相中のTiがアルカリ電解液に侵さ
れ、溶出してゆくことが原因と考えられる。以上の考察
に基づけば、偏析相が細かく分散した構成となれば、T
iの急速な溶出を抑えることができ、サイクル特性の低
下を大幅に抑えることができ、長寿命化を達成すること
ができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例について
図面とともに説明する。市販のTiO2、V25、La2
3、金属クロム、および金属ニッケルと、金属カルシ
ウムを用い、Ti0.30.4Cr0.15La0.05Ni0.1
組成の合金の製造法を検討した。まず、所定量のTiO
2(平均粒径数μm)、V25(平均粒径数十μm)、
La23(平均粒径数μm)、金属クロム(平均粒径数
ミリ)、および金属ニッケル粉末(平均粒径0.8μ
m)の合金原料、および前記原料中の酸化物の還元当量
の1.2倍量の金属カルシウム(平均粒径数ミリ)と無
水のCaCl2(カルシウム量の1/5量)をよく混合
した。この混合物を、プレス圧200kg/cm2でプ
レス成形して、直径3cm、厚さ1.5cmの円盤状ペ
レットを作製した。次に、このペレットをアルゴンガス
雰囲気中において1050℃で5時間加熱し、その後6
時間かけて室温まで徐冷した。
【0009】こうしてカルシウムを用いた還元拡散法に
より得た合金塊を、酢酸の10wt%水溶液とNH4
l水溶液で洗浄することにより、酸化カルシウム、合金
化した金属カルシウムおよび未反応カルシウムなどの残
存カルシウム分を除去した後、得られた水素吸蔵合金を
さらに機械粉砕し、篩い分けによって平均粒径25μm
の水素吸蔵合金粒子を作製した。さらに、フッ化水素酸
の0.3wt%水溶液中で10分間攪拌しながら合金粒
子の表面をエッチングし、負極活物質に使用する水素吸
蔵合金粒子を作製した。なお、上記において、原料のペ
レットのプレス状態が合金の作製状態と関係し、プレス
圧が低すぎると、金属カルシウムとの反応が急激に起こ
り、炉が高温になって破損したり、合金化がうまく行か
なかったりする。一方、プレス圧が高すぎると、金属カ
ルシウムとの反応が遅く、洗浄工程が困難となる。ペレ
ットのプレス圧としては、80kg/cm2から400
kg/cm2が適当である。
【0010】上記のようにして得た水素吸蔵合金につい
て、まずX線回折測定を行った。その結果、合金相の主
成分は体心立方構造であることが確認された。さらに、
電子プローブX線マイクロアナライザー(EPMA)よ
り、Ti−Niの数μmオーダーの偏析相が均一に分散
していることが確認された。次に、作製した水素吸蔵合
金粒子について、電気化学的な充放電反応によるアルカ
リ蓄電池用負極としての電極特性を評価するために単電
池試験を行った。上記の水素吸蔵合金粒子1gと導電剤
としてのニッケル粉末3gおよび結着剤としてのポリエ
チレン微粉末0.12gを十分混合攪拌し、プレス加工
により直径24.5mm、厚さ2.5mmの円盤に成形
した。これを真空中、130℃で1時間加熱し、結着剤
を溶融させて水素吸蔵合金電極とした。
【0011】この水素吸蔵合金電極にニッケル線のリー
ドを取り付けて負極とし、正極として過剰の容量を有す
る焼結式ニッケル電極、セパレータとしてポリアミド不
織布をそれぞれ用い、比重1.30の水酸化カリウム水
溶液を電解液として、25℃において、一定電流で充電
と放電を繰り返し、各サイクルにおける放電容量を測定
した。なお、充電電気量は水素吸蔵合金1g当たり10
0mA×5.5時間であり、放電は同様に1g当たり5
0mAで行い、0.8Vでカットした。その結果を図1
に示す。図1は横軸に充放電サイクル数を、縦軸に合金
1g当たりの放電容量をそれぞれ示したものである。図
中には、比較例として、アーク溶解炉を用いて作製した
同一組成の水素吸蔵合金を使用して作製した従来法の電
極の特性も示す。
【0012】本実施例の電極は、放電容量が高く、その
後の容量低下も比較例に比べ少なく、優れた特性を示し
た。なお、金属ニッケル粉末の平均粒径を1μmより大
きくすると、それにつれて偏析相の大きさも大きくな
り、充放電サイクルの進行とともに容量が劣化する度合
いが大きくなった。このためニッケル粉末の平均粒径
は、1μm以下が望ましい。また、金属カルシウム量
は、加えた酸化物の還元当量の1.2倍から1.8倍が
適していた。少なすぎると酸化物が完全に還元されず、
多すぎると金属カルシウムが残存し、コスト高を招く。
【0013】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高容量で
サイクル特性に優れた体心立方構造の水素吸蔵合金を安
価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例および比較例の合金を負極に用
いた単電池の充放電サイクル特性を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 敏弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 豊口 ▲吉▼徳 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 (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともTi、VおよびNiを含む体
    心立方構造を有する水素吸蔵合金の製造方法において、
    25粉末、平均粒径1μm以下のニッケル粉末、およ
    び前記合金に必要とする元素を金属状態または酸化物で
    含む原料と、前記原料中の酸化物の還元当量の1.2倍
    から1.8倍の金属カルシウム粒子とを混合する工程、
    得られた混合物を加圧成形する工程、得られた成形体を
    不活性ガス雰囲気中において加熱して前記金属カルシウ
    ムを溶融することにより前記酸化物を還元するとともに
    カルシウム分を含む合金塊を得る工程、および前記合金
    塊からカルシウム分を除去する工程を有することを特徴
    とする水素吸蔵合金の製造方法。
JP7211589A 1995-08-21 1995-08-21 水素吸蔵合金の製造方法 Pending JPH0953130A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102230194A (zh) * 2011-07-26 2011-11-02 武汉大学 一种由钨酸钙制备纳米钨粉的方法
KR20190113095A (ko) * 2018-03-27 2019-10-08 한밭대학교 산학협력단 이산화티탄 결정상을 가지는 단일상의 수소저장용 산화물 및 이의 제조방법

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