JPS62119864A - 密閉型アルカリ蓄電池 - Google Patents

密閉型アルカリ蓄電池

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JPS62119864A
JPS62119864A JP60260038A JP26003885A JPS62119864A JP S62119864 A JPS62119864 A JP S62119864A JP 60260038 A JP60260038 A JP 60260038A JP 26003885 A JP26003885 A JP 26003885A JP S62119864 A JPS62119864 A JP S62119864A
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battery
negative electrode
storage battery
hydrogen
alkaline storage
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Nobuyuki Yanagihara
伸行 柳原
Hiroshi Kawano
川野 博志
Munehisa Ikoma
宗久 生駒
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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
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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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
金を負極に用いた密閉形アルカリ蓄電池に係わるもので
、特にその負極の改良に関するものである。
従来の技術 従来この種二次電池としては、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が、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
は容積の単位描り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3.874.92
8号明細書)。この提案によるL aN i s合金を
負極に用いた電池は充・放電サイクル寿命が短かい。そ
の上、合金の構成金属であるランタン(La)が高価で
・ あるだめ、電極自体のコストも当然高くなる。
案されている(特開昭51−13934号公報)。
即ちLaの1部をミツシュメタル(Mm )で置換した
LnNi、 、 LnCo5系(Lnは希土類金属混合
物)とし、低コスト化を図っているが密閉形アルカリ蓄
電池を構成した時、放電容量が小さく、しかもサイクル
寿命も短かく実用的な蓄電池とは云えない。又一方で水
素吸蔵材料としてMmN i s −xAl x−アC
o y (但しx = 0.1−2 、 y = 0.
01〜1−99 )からなる4元系の水素吸蔵用合金が
提案されている(特開昭57−19347号公報)。こ
こで、Mmは一般に市販されている安価な材料であり、
その組成はLa 25〜35 wt%、Ce(−tリウ
ム)40〜50 w t%、Pr(プラセオジウム)2
〜1()wt%、Nd(ネオジム)6〜1 swt%、
その他の希土類1〜5wt%、その他の金属としてSt
 (珪素)、Mq(マグネシウム)、AI!(アルミニ
ウム)0.1〜10wtなどから構成される希土類混合
物の総称である。これらはつぎの理由から一種の金属と
見なされている。これはモナザイトに天然比のまま存在
しているCe、La、Ndやその他の軽希土類の混合体
の粗塩化物を通常電解法で還元した金属を指している。
したがって、ある程度定まった組成が安価に製造できる
からである。
しかし、先に述べた血、Ni 、AX 、Co  の4
元系合金を密閉形アルカリ蓄電池の負極に用いた時、電
解液中で取扱うためにガス状態での挙動と異なり高温で
保存した時の容量保持率が小さく、また過充電時に発生
するガスによって電池内圧の上昇が大きく、しかも放電
後の残存水素量の蓄積もあり、電池内圧力は充・放電サ
イクル数と共に上昇する傾向にある。この理由からサイ
クル寿命が短かくなると共に安全性の観点からも実用的
な密閉4形アルカリ蓄電池とは云えない。
発明が解決しようとする問題点 上記合金系、すなわち特開昭67−19347号公報記
載のミツシュメタル−ニッケルを主体としたMm、Ni
、AM、Co  の4元素合金を密閉型アルカリ蓄電池
の負極に用いて充・放電特性を調べて見ると、ガス状で
水素を吸蔵・放出させる挙動と異なり、Ni量め多い場
合は充電時に水素を吸蔵しにくく、またCo量の多い場
合は水素貯蔵量が小さく、高温サイクル寿命も短かくな
る。一方、Mm単独では水素解離圧力が高く、過充電時
に電極から発生するガスによって電池内部の圧力が高く
、漏液現象をおこす、とくに高温時にその傾向が大きい
。したがって、密閉型アルカリ蓄電池に用いる負極合金
はガス状で水素を貯蔵する場合と異なり、凧の1部をL
aで置換し、N i、 A4 。
Co量を最適な範囲に選定しないと実用的な蓄電池は出
来ない事が多くの実験を繰り返えす中で判明した。そこ
でさらに多くの合金組成を負極に用いて密閉形アルカリ
蓄電池の試験を行なう事によって最適な範囲を見い出す
必要があった。本発明ではとく罠、放電容量を大きくす
るNiにより1、放電容量を下げないで、また充電によ
って負極に水素が吸蔵しやすいように水素解離圧力を下
げる金属LaとA2に着目し、La、An両者の相剰効
果およびCoの酸素ガス吸収能力の機能も加わって上記
問題点を解決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、式Mm、−xLaX(Ni aa Cob*
 AM 、 )〔但し、L a /Mm+ L aで表
わせる全体のI、a量が35〜70wt%、 0.1 
< X < 0.6 、4.6< a +b+c<5.
5,3.5<a<4.3,0.5<b<1.5゜o、1
< c <o、es 〕で表わされる5元系の水素吸蔵
合金又は水素化物からなる負極と正極とセパレータ及び
アルカリ電解液とから密閉型アルカリ蓄電池を構成した
ものである。
ここで総称するMmの組成は大体において、La : 
25〜35 wt%、 Ce : 40〜50 wt%
! Nd : 5〜15wt%、 Pr  : 2〜1
0wt%、その他の希土類金属:1〜5wt%、その他
の金属(Fe、SL、An、Mqなど) : 0.1〜
10we%である。
作  用− このような構成においてLaは高価であるために、安価
に市販されている血を主体に用いて、合金材料の低コス
ト化を図る事が出来るが、Mmを用いるとLa と比較
して水素解離圧力が大幅に上昇する。したがって、密閉
型アルカリ蓄電池用負極にMmN i 5合金を用いて
も充電時に水素の吸蔵が困難である。結局負極に充電さ
れる電気量が非常に小さく放電容量も小さくなる。
一方、水素解離圧力を下げる目的からN41−6−〇〇
ox(0,1< x < 4.9 )の様な水素吸蔵合
金材料を負極に用いても大幅な改善は出来なかった。
そこで、N1量の調整によって水素吸蔵量の向上を図り
、Co量によって水素の充電受入れ性を促進させ、しか
も血の1部をLaで置換することとA2を添加すること
によって、水素解離圧力の上昇を抑制し、容量保持率と
放電容量の向上およびサイクル寿命の伸長を可能とした
ものである。
以下、本発明の詳細な実施例で説明する。
実施例 市販のMm、La、Ni、Co、Anの6元系からなる
試料を各種配合組成になる様に秤量して混合し、誘導加
熱による高周波溶解炉を用いて加熱溶解させた。
ここで云うMmは一般に市販されている安価な希土類金
属の混合物であり、組成としてはLa:25〜35wt
%、Ce : 40〜50wt%。
Nd:5〜15wt%+ Pr : 2〜10wt%。
その他の希土類金属1〜5wt%、その他の金属0.1
〜10 wt%である。
これらの各種合金を粗粉砕後、さらにボールミルなどで
38μm以下の微粉末とし、適量のポリビニルアルコー
ル樹脂溶液(約1wt%)とよく混練し、このペースト
状合金を一定の大きさの発泡状ニッケル多孔体に充てん
し、加圧・乾燥させた後リードを取り付けて電極とした
。また必要に応じて合金を水素化物にして用いることも
できる。
この電極を負極とし、これに公知の方法で製造した正極
をセパレータを介して組合わせて単2形の密閉型アルカ
リ蓄電池(容量I B 00 mAh )を作すサイク
ル寿命、保存容量試験を行なった。使用した合金は正極
容量より大きくなる様に12g(0,25Ah/g  
換算)であり、コノ容量は約3Ah。
に相当する。試験に用いた密閉型アルカリ蓄電池の構成
を図に示す。図において、水素吸蔵合金かしている。と
くにf4の電池の内圧上昇は大きく、電解液の漏出現象
も大きい。一方、&3の電池は負極容量が小さく、他の
電池よシは早く負極律則になって容量の低下をおこして
いる。いずれにしてもMm単独の電池は電池内圧力の上
昇をともない、1oKP/cJ以上の圧力を持っている
ので安全性の面からも問題である。
又当然、水素解離圧力が高いので、負極から水素の自然
放出の程度が大きく、容量保持率も20〜30%と小さ
い値を示している。この傾向は温度が高くなる程顕著に
現われる。
電池&5,6.7は2ooサイクル経過しても容量低下
および漏液現象は認められない、容量保持率も従来電池
よりも2倍以上程向上している。
電池尾8は血よりLaを多く用いた場合であるが、容量
保持率は比較的高い値を示すが、Laの量が多くなると
充・放電サイクルと共にLa基合金が変質(水酸化物)
し、合金組成にも変化をもたらし容量が低下するものと
考えられる。この事からサイクル寿命が180回で終了
し、逼6゜6.7と比較して短かくなっている。一方、
Laが多くなると合金材料の価格が高くなるなどの理由
から実用的とは云えない。
&9の電池はNi量を少なく、Co量を多くした場合で
あり、放電容量が小さくなると共に、C。
が電解液に溶解し、その溶解したCoがセパレータ中に
析出し、微小短絡を発生させて、サイクル寿命を短かく
する。この現象のために、容量保持率も当然低くなる。
本実施例で示すように1単独よシもL a /Mm+L
aで表わせる全体のLa量が35〜70 w t%が好
ましく、La量がこの範囲より大きくなるとLa、の変
質によるサイクル寿命の短縮とコストアップにつながり
実用的でない。また逆に小さくなると水素解離圧力が高
くなシ常圧では充電効率が非常に悪くなる。そこでXの
値はO,1< X <0.6の範囲が望ましい。一方、
aの値が3.5 (a (4,3の範囲よシ大きい時は
水素解離圧力が高く、充電受入性が嬰い。逆に、小さい
時は水素貯蔵量の減少にする放電容量の低下がある。ま
た、bの値が0.5<b<1.5の範囲より大きい時は
負極容量が小さくなると共にCoが電解液中に溶解しや
すく、その溶解したCoがセパレータ内に析出し、微少
短絡を発生させる。また、bの値がこの範囲より小さい
時は水素解離圧力が高く、過充電時に正極から発生する
酸素ガスの吸収が困難となり、電池内圧上昇につながる
さらに、Cの値が0.1 < O< 0.5の範囲より
大きい時は合金の均一組成が出来に<<、負極合金相の
不均質性から放電容量も小さくなる。逆に、この値が小
さい時はAλの添加効果が少なく、電池内圧の上昇によ
るサイクル寿命を短かくする。
a、b、c合計の値は合金相を均質に保持するために4
.6< a + b + c < 5.5の範囲がよい
。この範囲より小さい場合は水素貯蔵量が少なく、放電
容量も少なくなる。逆に大きい場合は均質な合金相が出
来ない上に電池内圧の上昇をもたらすので容量保持率も
低下する。この様に特定の金属を添加することによって
、水素解離圧力を下げて金属(元素)と水素との結合力
を少し強め、無負荷状態での水素の放出を弱めて容量保
持率の改善をも図っている。とくにLaの添加効果の影
響は大きい0 均質な合金を製造するために、まずNi、Co。
AI!、をa、b、cの組成で混合溶解した後、再度血
とLaを加えて再溶解する。また、これらの合金を不活
性雰囲気中又は真空中、800〜11oo″Cの温度で
熱処理して負極に用いると、平坦性の優れた放電性能が
得られる。800°C以下では熱処理の効果が不十分で
あり一部不均−相が見られる。また110Q″C以上の
温度にするとA2が蒸発して組成変化をおこすので好ま
しくない0 この種の負極には合金を用いても、一部水素化一物の状
態で用いても同様な効果が期待できる。
発明の効果 以上の様に、本発明によれば容量保持率が大きく、しか
もサイクル寿命が長く、低コストで品質の安定性にも優
れ、実用性の高い密閉型アルカリ蓄電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例に用いた密閉型アルカリ蓄電池の構
造を示す図である。 1・・・・・・負極板、2・・・・・・正極板、3・・
・・・・セパレータ、4・・・・・・ケース、9・・・
・・・正極端子0代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 
男 ほか1名ど      J・ヤハーレーグ 正桃版

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水素吸蔵合金又は水素化物からなる負極と、正極
    と、セパレータ及びアルカリ電解液よりなる密閉型アル
    カリ蓄電池であって、前記負極が式Mm_1_−_xL
    a_x(Ni_a・Co_b・Al_c)〔但しMmは
    ミッシュメタルであり、La/Mm+Laで表わせる全
    体のLa量が35〜70wt%、0.1<x<0.6、
    4.5<a+b+c<5.5、3.5<a<4.3、0
    .5<b<1.5、0.1<c<0.5〕で表わされる
    5元素よりなることを特徴とする密閉型アルカリ蓄電池
  2. (2)式Mm_1_−_xLa_x(Ni_a・Co_
    b・Al_c)において、x=0.2〜0.5、a=3
    .7〜3.9、b=0.8〜1.0、c=0.2〜0.
    3である特許請求の範囲第1項記載の密閉型アルカリ蓄
    電池。
  3. (3)Mm(ミッシュメタル)の組成がLa:25〜記
    載の密閉型アルカリ蓄電池。
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