JPS6280962A - アルカリ蓄電池 - Google Patents

アルカリ蓄電池

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JPS6280962A
JPS6280962A JP60216104A JP21610485A JPS6280962A JP S6280962 A JPS6280962 A JP S6280962A JP 60216104 A JP60216104 A JP 60216104A JP 21610485 A JP21610485 A JP 21610485A JP S6280962 A JPS6280962 A JP S6280962A
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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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    • 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
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    • 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
合金を負極に用いたアルカリ蓄電池に関する。
(従来の技術) 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、重量または容量の単
位当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( U、S、P 3,874,928 >
。ここではLaNi 5合金を負極として用いた電池は
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La(ランタン)が高価でちるため、電極自体
のコストも当然高くなる。
このLaN55合金負極を改良した電極組成も提案され
ている(特開昭51−13934号)。La  の1部
を希土類金属で置換したLaNi5. LnCos系と
し、低コスト化を図っているが、アルカリ蓄電池を構成
した時の放電容量が小さく、シかもサイクル寿命も短い
ので実用的な電池とは云えない。一方水素吸蔵材料(特
開昭57−19347号)としてMmNi5−xAx−
YBYの4元系合金(但し、A、13はAL、 Cu、
 Mn、 Co、 Siの各1種、X=0.1〜2゜Y
=0.01〜1.99)が提案されている。ここでMm
(ミツシーメタル)は一般に安価に市販されている材料
で、その組成はLa (ランタン)25〜35重量%、
Ce (セリウム)40〜50重量%、Pr(プラセオ
ジウム)1〜15重量%、Nd(ネオジム)4〜15重
量%、その他希土類1〜7重量%、Fe (鉄)0.1
〜5重量%、その他St(珪素) J Mg(マグネシ
ウム)、At(アルミニウム)0.1〜5重量%)など
から構成される希土類混合物の総称である。そしてつぎ
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(、e、 La、 N
d、やその他の軽希土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、こ
の4元系合金をアルカリ蓄電池用負極とした時、ガス状
で取扱う場合と異なり必ずしも単位重量当シの放電容量
が多くなく、実用的なアルカリ蓄電池を構成する場合さ
らに多くの検討が必要である。
(発明が解決しようとする問題点) 上記合金系をアルカリ蓄電池の電極に用いるとLaNi
5は高価で、サイクル寿命が短かい。MrnNi5は安
価ではあるが水素解離圧力(20℃、約15気圧)が高
く、電気化学的に水素を吸蔵させることは困難である。
水素解離圧力を下げて水素を吸蔵しやすくしたMmCo
 5は単位重量当りの放電容量が50−以下に減少し、
実用的とは云えない。そこで、先に述べたようにMmN
i 5−xAx−yByからなる水素吸蔵材料が提案さ
れているが、この4元系合金をアルカリ蓄電池用の負極
に用いても高圧状態で水素吸蔵ができるガス状で取扱う
場合と異なり、Ni量の多い場合は充電時に水素を吸蔵
せず、金属A、B景の多い場合は水素貯蔵量が小さくな
る。
電池用電極には必ず適用出来るとは限らない。この4元
系を5元系合金にすると共に、M、とM2の最適金属を
選定し、多くの実験を重ねて電池用電極に最適な組成を
決定した。
本発明は上記問題点に鑑み、比較的安価な合金材料を用
いて負極を構成し、放電容量が大きく、サイクル寿命の
長いアルカリ蓄電池を得ることにある。
すなわち、本発明ではとくに放電容量を大きくするNi
に着目し、放電容量を下げないで、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L
aにも着目し、両者の相乗効果とMl(Fe、 Cu、
 Cr )及びM2 (St + AI−)によって上
記問題点を解決しようとするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は負極、正極、七ノJ?レータ及びアルカリ電解
液を有するアルカリ蓄電池において、負極が式Mm、−
xLaxNtY(Ml・M2)2(但しLa7Mm +
 Laで表わせる全体のLa量が35重量−以上、0.
08(X(0,5゜3.5(Y≦4.3 、0.7<、
Z≦1.7 、4.5(Y+Z(5,5。
M、はFe、 Cu、 Crよ91種、M2はSi、A
lよ91種を各々選択し、各種金属は0.1部M≦0.
5゜0.1≦Si≦0.5 、0.2≦Fe≦0.8 
、0.2≦Cu≦1.0゜0.2≦Cr≦0.8)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こ
とを負極とするものである。
ここで1金属と見なすMm(ミツシュメタル)の組成は
大体において、La:25〜35重量%。
Ce:40〜50重量%、Nd:5〜15重量%。
Pr:2〜10重量%、その他希土類金属:l〜5重量
%、その他金属(Fe、 Mg、 St、 Atなど)
 0.1〜10重量%である。
(作用) La (ランタン)は高価であるために、安価に市販さ
れている恥を主体に用いて、合金材料の低コスト化を図
ることが出来るが廟を用いると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、電池用負極にMm
Ni 5を用いても充電時に水素の吸蔵が困難である。
結局充電出来ないために放電容量も小さい。そこで、本
発明においてはNi量によって水素吸蔵量の向上を図り
、M、(Fe +Cu、Cr)量によって水素の充電効
率を良< L 、M2(At、 Si )は水素解離圧
力を大幅に下げる機能があり、密閉形アルカリ蓄電池に
用いると電池内圧力の上昇を抑制する。しかも−単独よ
l)1部Laで置換することにより水素解離圧力の上昇
をさらに抑制し、放電容量を向上させると共にサイクル
寿命の伸長を可能とする。
(実施例) 市販のM+n、 La、 Ni 、 M、(Fe、 C
u、 Cr ) 、 M2(AA。
St)の5元系からなる各種試料を所定の配合組成にな
る様に秤量、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。
ここで云う廟は一般に市販されている安価な希土類金属
の組成が大体一定した混合物でアシ、組成としてはLa
 : 25〜35重量%、Ce:40〜50重量%、N
d:5〜15重量%、Pr:2〜10重量%、その他希
土類金属1〜5重量%、その他金属0.1〜lO重量%
である。
これらの各種合金を粗粉砕後、ゲールミルなどで38μ
m以下の微粉末とした後、P、V、A (/ IJビニ
ルアルコール)樹脂溶液(約1重量%)とよく混合し、
このペースト状合金を発泡状ニッケル多孔体に充てんし
た後、加圧する。その後、乾燥させ、リードを取シ付け
て電極とした。ここでは合金を用いたが水素化物として
使用してもよい。これらの電極の容量(Ah/l )を
調べるためにつぎの様な電池を作った。
電極の大きさは30mX40m+、厚さ1.2調とした
。使用した水素吸蔵合金は各々6IIであり、負極の容
量が測定できる様に負極律則の電池を構成した。正極は
71.2 hhに相当する公知の焼結形ニッケル極板を
セノJ?レータを介して負極をはさんで2枚用いた。こ
れらの電池を360 mAの電流で6時間以上充電し、
300mAで放電した。測定温度は45℃で行ない単位
重量当りの放電容量とサイクル寿命を比較した。その結
果を図に示す。但し、単位重量当シの容量は10サイク
ル時に測定した結果でラシ、サイクル寿命は初期容量か
ら約20%容量低下した時のサイクル数を示したもので
ある。
図に示すように、Xの値が犬きくなると高容量になるが
、Xの値がO13よシ大きくなっても容量は殆んど変わ
らない。45℃の時の容量であるから20℃の時の容量
と比較すると約30−程度低くなっている。Laがない
場合は約0.12 Ah/11程度と低くく、Xの値が
0.08になると急激に容量が上昇し、少なくとも実用
的な0.2 Ah/flの値にまで達している。したが
ってXの値は0.08以上が優れていることになる。M
lとしてCu、 Fe、 Cr。
M2としてAtの場合における特性ではあるが、Cu。
Fe、Cu共、容量に多少の違いはあるが殆んど同じ傾
向を示している。とくに差をつけるとCu ) Fe 
) Crの順に高い容量を示している。
一方、Xの値が大きくなるとサイクル寿命も長くなるが
Xの値が0.5より大きくなると逆にサイクル寿命が短
かぐなる。45℃のサイクル寿命であるため、La量の
多い電極は膨張・収縮の割合が大きく、電極自体の抵抗
増大と合金粉末の一部脱落による容量低下をまねいてい
るものと考えられる。この傾向は各種金属間じ傾向であ
る。したがって、放電容量の観点からはXの値が大きく
てもよいが、電極のコスト、サイクル寿命などを考える
と、0.08(X(0,5の範囲が最適である。またM
、 、 M2の中で配合組成比を変えても、この傾向は
同じであるがYの値が3.5以下になると水素貯蔵量の
減少に上る放電容量の低下をおこし、4.31以上にな
ると水素解離圧力が高くなって、電気化学的な水素の吸
蔵(充電〕が困難となる。
また、2の値はMl、M2の配合組成とも関係するが0
.69以下では添加金属の効果がなく、しかもYの値が
大きくなって、サイクル寿命が短かくなる。逆に1.7
1.以上では、Yの値が小さくなシ過ぎて、放電容量が
小さくなる。したがって、0.7≦Z≦1.7が最適な
範囲と云う事になる。一方、Ml、M2の金属において
、Fe 、 Cu 、Crは2の値とも関係して、0.
19以下ではZ = 0.7の時、添加効果が少なく、
サイクル寿命が短かく、O,,81。
1.1以上になるとZ = 1.7の時、添加金属の量
が大きくなシ過ぎて、Ni量の減少による放電容量の低
下及びY+zが5.5以上となる場合もあって均質な金
属間化合物を作らず、水素貯蔵時の平坦性も愛るぐなる
ため、放電電位の低下などを引起こす。よって、0.2
≦Fe≦0.8,0.2≦Cu≦1.0゜0.2≦Cr
≦0.8の範囲が望ましい。
AtとSiは水素解離圧力を下げて、高温時でも充電し
やすくするために添加するが、0.09以下ではその効
果が殆んど認められない。一方0.51以上になると2
の値が1.7の時、添加量が多くなシ過ぎて、均質溶解
が困難となシ、水素貯蔵量を著しく減少する。水素貯蔵
量の減少は電気化学的による水素吸蔵量も減少し、放電
容量を小さくする原因となる。そこテ0.1≦Al≦0
.5 、0.1 ≦Si≦0.5が望ましい範囲と云う
ことになる。
本実施例では市販の安価なMm (La : 25〜3
5wt%含有)を用い、電池の特性を向上させるために
Laを適量、置換体として加え、Ni量とM、。
M2量の相乗効果による最適な範囲を決定することによ
シ実用上優れたアルカリ蓄電池を得ることができる。
ここでは、開放形アルカリ蓄電池を用いて放電容量とサ
イクル寿命の観点から特性比較をしたが密閉形アルカリ
蓄電池においても同様なことが云える。たとえばLaN
i5 # MmNi5の改良として本実施例に用いた合
金を負極とする密閉形アルカリ蓄電池を構成するとサイ
クル寿命が長く、電池内圧の上昇を抑制し、゛安全性の
高い電池とすることができる。但し、全体のLa量とし
てLa / Mm + La量値が35重量%以上が望
ましい。Laの量が少ないと水素解離圧力が高く、充電
出来にぐい領域になるので、好ましくない。少なくとも
全体のLa量が35重量%が必要である。
(発明の効果) 以上の様に、本発明によれば放電容量が大きく、しかも
サイクル寿命が長く、比較的安価なアルカリ蓄電池が得
られる。
【図面の簡単な説明】
図は1実施例としてMml −X LaX” 5.8 
(Ml ・M2)1.2合金を負極とするXの値と容I
・サイクル寿命の関係を示すものである。 特許出願人 松下電器産業株式会社 X−アイ11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)式 Mm_1_−_XLa_XNi_Y(M_1
    ・M_2)_Z(但しLa/Mm+Laで表わせる全体
    のLa量が35重量%以上、0.08<X<0.5、3
    .5<Y≦4.3、0.7≦Z≦1.7、4.5<Y+
    Z<5.5、M_1はFe、Cu、Crより1種、M_
    2はSi、Alより1種を各々選択し、各種金属は0.
    1≦Al≦0.5、0.1≦Si≦0.5、0.2≦F
    e≦0.8、0.2≦Cu≦1.0、0.2≦Cr≦0
    .8の範囲内にある。)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、正極、セパレータ及び
    アルカリ電解液を有するアルカリ蓄電池。
  2. (2)前記式において、Mm(ミッシュメタル)の組成
    としてLa:25〜35重量%、Ce:40〜50重量
    %、Nd:5〜15重量%、Pr:2〜10重量%、そ
    の他希土類金属1〜5重量%、その他金属0.1〜10
    重量%からなる水素吸蔵合金を負極とする特許請求の範
    囲第(1)項記載のアルカリ蓄電池。
JP60216104A 1985-10-01 1985-10-01 アルカリ蓄電池 Expired - Lifetime JPH0642368B2 (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5763670A (en) * 1980-10-03 1982-04-17 Agency Of Ind Science & Technol Manufacture of misch metal-nickel quaternary alloy for occluding hydrogen and manufacture
JPS59181459A (ja) * 1983-03-31 1984-10-15 Toshiba Corp 金属酸化物・水素電池
JPS61168871A (ja) * 1985-01-19 1986-07-30 Sanyo Electric Co Ltd 水素吸蔵電極

Patent Citations (3)

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