JPS61214361A - 密閉形アルカリ蓄電池 - Google Patents

密閉形アルカリ蓄電池

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JPS61214361A
JPS61214361A JP60053915A JP5391585A JPS61214361A JP S61214361 A JPS61214361 A JP S61214361A JP 60053915 A JP60053915 A JP 60053915A JP 5391585 A JP5391585 A JP 5391585A JP S61214361 A JPS61214361 A JP S61214361A
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negative electrode
alloy
battery
hydride
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JP60053915A
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Nobuyuki Yanagihara
伸行 柳原
Hiroshi Kawano
川野 博志
Munehisa Ikoma
宗久 生駒
Yoshio Moriwaki
良夫 森脇
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Panasonic Holdings Corp
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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】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気化学的に水素を吸蔵、放出する水素吸蔵
合金又はその水素化物を負極に用いた密閉形アルカリ蓄
電池に関する。
従来の技術 二次電池には種々のものがあるが、中でも鉛蓄電池、ニ
ッケルーカドミウム蓄電池が最も広く知られている。し
かしこれらの蓄電池は負極中に固形状の活物質を含むた
めに、重量または容量の単位当りのエネルギー貯蔵容量
が比較的少ない。このエネルギー貯蔵容量を向上させる
ため、水素吸蔵合金を負極とし、正極には例えばニッケ
ル酸化物を用いた蓄電池が提案されている(米国特許第
3874928号明細書)。
この電池系はニッケルーカドミウム蓄電池よりも高容量
が可能で、低公害の蓄電池として期待されている。
発明が解決しようとする問題点 上記従来技術のうち、LaNi5合金を負極として用い
た電池はサイクル寿命が短かいという問題がある。その
上、合金の構成金属であるLaが高価であるため、電極
自体のコストも必然的に高くなる。また、このLaNi
 5合金負極を改良した電極組成も(例えば、特開昭5
1−13934号で)提案されている。即ち、La の
一部を希土類金属で置換したLnNi5. LnCo5
  系とし、低コスト化を図っているが、密閉化した電
池では容量とくに高温容量が小さり、シかも高温サイク
ル寿命も短くなるなどの問題点があり、実用的な電池と
はいえない。
本発明は以上のような問題を解消するもので。
比較的安価な材料を用いて負極を構成し、放電容量が大
きく、しかも46℃程度の高温時における充放電サイク
ル寿命が長く、過充電時の発生ガスによる内圧上昇が少
ない密閉形アルカリ蓄電池を提供することを目的とする
問題点を解決するための手段 本発明は1種々検討の結果、一般式Ln 、−xムXN
1α−アCOアー、Mz(但しLnはランタノイド族金
属及びC&からなる群より選んだ少くとも1種であり、
ムは水素化物生成熱が負の元素であるZr。
Hf、Th、Nb、Ta、V、Rb及びBaからなる群
より選んだ少くとも1種であり、VはMn、MO,Or
、Sn。
Si、Tl、Sb、Bi、ム/、Zn、Cu、F6.I
n及びGaからなる群から選んだ少くとも1種であり、
0<x<0.4,4゜5〈α<5.5 、 o<y<3
 to≦zく1)で表わされる水素吸蔵合金又はその水
素化物からなる負極と、正極と、セパレータ及びこれら
に保持されたアルカリ電解液とから密閉形アルカリ蓄電
池を構成したことを特徴とするものである。
作用 水素吸蔵合金自体の水素化物生成熱(水素溶解熱)と水
素平衡解離圧力との間には深い関係があり、その生成熱
(−ΔHK ca//no/H2)の絶対値が大きくな
ると、水素平衡解離圧力は下がり、単体金属のように下
がり過ぎると合金と水素とが非常に安定した水素化物を
形成し、優れた電極性能が得られない。そこで、最適な
金属間化合物を作るために、水素化物生成熱が正の金属
単体(吸熱溶解型金属)と負の金属単体(発熱溶解型金
属)とを組合せて合金化することにより、性能の優れた
水素吸蔵合金を得ることができる。
例えば、正の金属としては、Or、M0.2<y<Fe
、Mn。
Pd、Pt、Ni、λg、Cuなどがあり、負の金属と
しては、V、Th、Nb、Zr、Tl 、La、Ce、
Sr、Ba、Rb  などがある。
ここで、とくにLIL、C15,N(1などの希土類元
素の混合物に注目し、周知の手法で電池を構成すると、
高温容量が小さく、サイクル寿命も短かいものとなる。
これは希土類元素自体が化学的に不安定な面を持ってい
るためである。そこで、これら元素と同じ水素化物生成
熱が負の性質を持つ元素を溶解すると両者はよく置換し
合って、安定した化合物を作ると同時に、水素化生成熱
が正の金属ともよく溶解し合う。この様に相互の金属が
均質に溶解し合い、しかも希土類単独よりは耐食性を強
め。
水素平衡解離圧力を下げる働きと水素を吸蔵、放出する
能力も向上する。従って、これを負極として電池に用い
るととくに高温容量、サイクル寿命の伸長が可能となる
実施例 市販のLa(純度99%以上) 、 Mm (ミツシュ
メタル:L&含有量30重量%、 Ce含有量50重量
%、 N(1含有量15重量%、 Prその他の含有、
量6重量%)などのランタノイド族金属及びCa (純
度96%以上)からなる群より選んだ少くとも一種の金
属と、純度99%以上のZr。
Hf、Th、Wb、Ta、V、Rb 及□ Baからな
る群より選んだ少くとも一種の金属とMi、Coさらに
Mn、Mo。
Cr、Sn、Si、Tx、Sb、Bi、ム/、Zn、C
u、Fa、In及びG&からなる群から選んだ少くとも
一種を選択し、各試料を一定の組成比に秤量し、高周波
溶解炉中で加熱溶解させた。そして、試料の均質化を図
る目的で高温熱処理を行なって合金試料とした。
また、必要に応じて水素化した合金粉末をも用いた。
比較のためにLaNi5.LaCo5.MmNi6.M
nCo3゜LaNi4゜8ム1O12・MmNi4,8
ムEO12合金なども用意した。
これらの合金を粗粉砕後、ボールミルなどで38μm以
下の微粉末とした後、濃度1重量%のポリビニルアルコ
ール樹脂溶液と混合した。このペースト状合金をパンチ
ングメタルに塗布し、乾燥後、リードを取付は電極とし
た。実施例で用いた電極の合金組成を表に示す。各合金
又はその水素化物的15gを用いて負極とし、公知の焼
結型ニッケル極を正極として単2型の密閉形ニッケルー
水素蓄電池(公称容量1.8ムh)を構成した。
なお、電池は正極律則になるように、正極容量よりも負
極容量を大きくした。これらの電池を0.2−Cで7時
間充電し、0.20で放電する充放電を繰り返し、サイ
クル寿命と電池からの漏液を調べた。
なお試験温度はすべて46℃とした。その結果を次表に
示す。電極屋1〜19は比較例を、電極屋20〜43は
本発明例を示す。
表中※は合金水素化物とした時の試料 光から明らかな様にLaNi5. LaCo5 、 M
mNi5゜unco 5  の電極1.2,3.4を用
いた電池は、充放電サイクル初期の容量が小さい。電極
1を用いた電池はサイクルの増加と共に容量は大きくな
るが、20〜3oサイクルに達すると放電容量は大きく
低下し、初期容量の1/3程度となると同時に過充電状
態では激しく酸素ガスが発生し、電池内圧も10kf9
/−以上にまで上昇する。また電極3を用いた電池は容
量が1・8ムhの定格まで発生しえないまま2oサイク
ルで性能低下した。これは合金の水素平衡解離圧力が4
6℃で20 kliF/i以上と大きいために充電が困
難であると考えられる。また電極2,3は水素貯蔵能力
が電極1と比較して1/2以下と小さく、したがって放
電容量も小さい。その改良型としてN1の一部にムtを
置換した電極5,6は50〜coサイクルまで寿命が向
上したが、電池内圧の上昇により漏液現象があって容量
低下している。Mill の一部をLaで置換した電極
7も効果が乏しい。そこで、Niの一部を他の金属例え
ばCoで置換すると平衡圧力を下げる効果があるので試
みた結果、電極8,9に示すようにeo〜70サイクル
まで向上したが、大きく改善されていない。
つき゛に、ランタノイド族金属Lnの一部にムとしテZ
r、Hf、Ta、Wb、V、Th すどを添加シタLn
、−,ムxNi、α−,C0.2<y<系合金と、 C
o に一部他の金属を添加した合金を用いた電極10,
11゜12.13,14,15,16,17,18゜1
9を用意したが、最高80サイクルまでしかサイクル寿
命は向上しなかった。この中で電極10゜11はαの値
が6゜5よりも大きく、水素平衡解離圧力が大きく、電
池内圧力の上昇による性能低下が考えられる。電極12
,13,16.18゜19はyの値が3以上あり、水素
貯蔵容量の減少による容量が小さく、負極律則になって
、しかも過充電時に電池内のガス圧力が上昇し、電解液
の漏出をおこして容量が低下したと考えられる。電極1
4はαの値が4.6より小さく、水素貯蔵容量が、水素
の吸蔵、放出時のブラトウー特性の低下と共に大きく減
少することにより、負極律則になって容量が低下したと
考えられる。電極16゜17はXの値が0.4以上であ
り、この値が0・4以上になると水素貯蔵容量が著しく
減少すると共に、過充電時のガス吸収が困難になって、
電池内のガス圧力が上昇し、電解液が漏出して容量低下
している。この様に、Lnにムが添加されていてもαの
値が4・6以下、5.6以上の時、又はyの値が3以上
の時、しかも、Xの値が0・4以上の時には、水素貯蔵
容量の減少、水素平衡解離圧力の高さ、過充電時のガス
吸収による電池内ガス圧力の上昇などの諸条件のバラン
スがとれず最適な電池系を設計する時に困難さをともな
う。
これらの電極と比較して電極20〜43を備えた電池は
、初期特性には一部低い電池もあるが、160サイクル
経過してもすべて公称容量1.81hを確保している。
また電池内圧力は測定していないが、電池からの電解液
の漏出は殆んど認められなかった。
Lnの人への置換量が0〈xくo・4の範囲ではLnの
ガス吸収に重要な触媒機能と水素貯蔵容量゛を確保しつ
つ、過充電時の耐酸化性に強いZr 。
Hf、Th、Nb、Ta、V、Rb、Ba ノイずれか
を添加し。
サイクル寿命の伸長を図ることができた。中でも置換量
は0.01<x<0.2の範囲がとくに優れている。ム
を0.4よりも大きくしてLnに添加するとLnの機能
消失と容量低下につながる。また全くムを入れないとそ
の効果が現われない。従ってムが0.01〜0.4の範
囲で置換されると効果が大きく現われる。
Ni量に関係するαの値の増加は、水素平衡解離圧力の
増加と、平坦性が悪くなって水素貯蔵容量の減少がおき
るので、4.5<αく6・6の範囲が最適である。した
がって、置換量yはNi残存量と大きく関係し、 Ni
の量が少ないと電極表面での水素吸蔵、放出反応速度が
減少し、円滑な電極反応を示さず、放電電圧が低くなる
。この事がら0くy〈3の範囲が優れている。とくに、
0.2 (y < 2の範囲が、電池性能を最も良く発
揮する。
表中の※印の電極は、合金の水素化物を用いた実施例で
あり、サイクル寿命も優れていることがわかる。
一方、2の値を0とした電極3B、39,40もLnの
人置換の効果とNi 、 Coの最適範囲条件によって
、サイクル寿命が長いことも判明した。
この様な電極を用いた電池は、過充電時正極から発生す
る酸素ガスが負極の表面で負極中に含有する水素と、電
気化学的に反応して水にかえす過程をくりかえすために
電池内圧力の上昇が少ない。
しかも負極の表面では優先的に水素と酸素のみが作用す
るしくみになっている。そして酸素に対して腐食されな
い耐久性のある合金負極としているためにとくに高温時
のサイクル寿命の長い電池を製造することができる。
なお、実施例の中でLn中のランタン(La)が電池特
性に大きな影響を与えているが、 La。
量が多過ぎると、耐食性の低下による電池性能とコスト
アップにつながる。一方、 Laの量が少な過ぎると耐
食性には優れるが、電池内圧力の上昇という問題を有す
る。したがって、コストパーフォーマンスの観点からL
nの中に含有されるIaaは30〜70重量%が最適で
ある。また、実施例中の平衡解離圧力は温度46℃にお
いて0.1〜6気圧の範囲が高温容量、高温サイクル寿
命の点で優れている。この圧力が高いと充電効率、電池
内圧上昇の問題があり、逆に低い場合は放電電圧が低く
々るという問題があるため、上記範囲が最適といえる。
発明の効果 以上のように1本発明によれば、高温容量が比較的大き
く、しかも高温時の充放電サイクル寿命に優れ、過充電
による電池内ガス圧力の上昇が抑制された密閉形アルカ
リ蓄電池が得られる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)正極と、負極と、セパレータ及びこれらに保持さ
    れたアルカリ電解液からなる密閉形アルカリ電池であっ
    て、前記負極が一般式 Ln_1_−_xA_xNi_α_−_yCo_y_−
    _zMz(但しLnはランタノイド族金属及びCaから
    なる群より選んだ少くとも1種であり、AはZr、Hf
    、Th、Nb、Ti、V、Rb及びBaからなる群より
    選んだ少くとも1種であり、MはMn、Mo、Cr、S
    n、Si、Tl、Sb、Bi、Al、Zn、Cu、Fe
    、In及びGaからなる群より選んだ少くとも1種であ
    り、 0<x<0.4、4.6<α<5.5、0<y<3、0
    ≦z<1)で表わされる水素吸蔵合金又はその水素化物
    からなる密閉形アルカリ蓄電池。
  2. (2)ランタノイド族金属におけるLaの含有量が30
    〜70重量%である特許請求の範囲第1項記載の密閉形
    アルカリ蓄電池。
  3. (3)一般式中におけるx、yの値をそれぞれ0.01
    <x<0.2、0.2<y<2とした特許請求の範囲第
    1項記載の密閉形アルカリ蓄電池。
  4. (4)水素吸蔵合金又はその水素化物の平衡解離圧力が
    、温度46℃において0.1〜5気圧の範囲にある特許
    請求の範囲第1項記載の密閉形アルカリ蓄電池。
JP60053915A 1985-03-18 1985-03-18 密閉形アルカリ蓄電池 Granted JPS61214361A (ja)

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