WO2005014871A1 - 低Co水素吸蔵合金 - Google Patents

低Co水素吸蔵合金 Download PDF

Info

Publication number
WO2005014871A1
WO2005014871A1 PCT/JP2004/011378 JP2004011378W WO2005014871A1 WO 2005014871 A1 WO2005014871 A1 WO 2005014871A1 JP 2004011378 W JP2004011378 W JP 2004011378W WO 2005014871 A1 WO2005014871 A1 WO 2005014871A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
axis length
hydrogen storage
storage alloy
low
less
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/011378
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daisuke Mukai
Shigeki Nakayama
Kiyotaka Yasuda
Shinya Kagei
Hidetoshi Inoue
Original Assignee
Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. filed Critical Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
Priority to US10/566,433 priority Critical patent/US8535460B2/en
Priority to EP04771377A priority patent/EP1652947A4/en
Priority to JP2005512978A priority patent/JP3828922B2/ja
Publication of WO2005014871A1 publication Critical patent/WO2005014871A1/ja
Priority to US13/769,854 priority patent/US9219277B2/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C01B3/001Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
    • C01B3/0031Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof
    • C01B3/0047Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof containing a rare earth metal; Treatment thereof
    • C01B3/0057Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof containing a rare earth metal; Treatment thereof also containing nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/007Alloys based on nickel or cobalt with a light metal (alkali metal Li, Na, K, Rb, Cs; earth alkali metal Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al Ga, Ge, Ti) or B, Si, Zr, Hf, Sc, Y, lanthanides, actinides, as the next major constituent
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01M4/385Hydrogen absorbing alloys of the type LaNi5
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/77Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by unit-cell parameters, atom positions or structure diagrams
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34Gastight accumulators
    • H01M10/345Gastight metal hydride accumulators
    • 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
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • 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
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Definitions

  • the present invention relates to an AB type hydrogen storage alloy having a CaCu type crystal structure
  • the present invention relates to a low Co hydrogen storage alloy having a very low cobalt content and having output characteristics, activity, and life characteristics particularly required for electric vehicles and hybrid vehicles.
  • a hydrogen storage alloy is an alloy that reacts with hydrogen to form a metal hydride, and reversibly stores and releases a large amount of hydrogen at around room temperature. Therefore, nickel storage alloys are used in hybrid vehicles and digital still cameras. Practical applications are being studied in various fields such as hydrogen batteries.
  • AB type alloys represented by LaNi and ZrV Ni are represented by
  • the research group of the present inventors has, inter alia, an AB-type hydrogen absorption having a CaCu-type crystal structure.
  • Mm Magnetode
  • This type of Mm—Ni—Mn—Al_Co alloy can form a negative electrode with a relatively inexpensive material compared to La-based alloys, has a long cycle life, and has a small internal pressure rise due to gas generated during overcharge. It has features such as that a nickel hydrogen storage battery can be obtained.
  • Co reduces the pulverization of the alloy. Since it is an important element that suppresses and improves the life characteristics, it has been general to mix about 10% by weight of Co (0.6-1.0 in molar ratio) in the past. . However, Co is a very expensive metal, and it is preferable to reduce Co in consideration of the future expansion of the use of hydrogen storage alloys.However, if Co is reduced, the output characteristics and life characteristics will be reduced.
  • One of the research subjects was to reduce Co while maintaining the characteristics and life characteristics. In particular, electric vehicles (EVs) and hybrid vehicles (HEVs)
  • Hybrid Electric Vehicle Maintaining high output characteristics and long life characteristics was an essential issue for the development of power sources for automobiles that use two power sources, an electric motor and an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-213319 proposes changing the composition of an Mm_Ni_Mn_Al_Co-based alloy and adding a small amount of one element to the composition.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-294373 discloses a hydrogen storage alloy for a negative electrode for a secondary battery, which is inexpensive as compared with a conventional alloy having a large amount of Co and which can be considered recyclable. It has proposed a hydrogen storage alloy having a composition of formula (1), a substantially single phase, and an average major axis of the crystal of less than 30-160 ⁇ or 5 / im-30 ⁇ m.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-18176
  • MmNia Mnb Coc Cud (where Mm is Misch methanol, 3.7 ⁇ a ⁇ 4.2) as a hydrogen storage alloy having characteristics and output characteristics and high reliability in durability and storage stability , 0.3 ⁇ b ⁇ 0.6, 0.2 ⁇ c ⁇ 0.4, 0 ⁇ d ⁇ 0.4, 5.0 0 ⁇ a + b + c + d ⁇ 5.35)
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-40442 discloses that the content ratio of cobalt is reduced, the hydrogen storage characteristics are excellent, and the pulverization characteristics, good initial characteristics and output characteristics are improved.
  • a hydrogen-absorbing alloy having high reliability and durability and storage stability the general formula MmNi Mn Al Co X (where Mm is misch metal, X is Fe and / or Cu, 3.
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-348636
  • the production cost is reduced by extremely reducing the content of cobalt, and at the same time, the pulverization property and the hydrogen storage property are excellent, and the good output property and storage property are improved.
  • a hydrogen storage alloy characterized by having a c-axis lattice length of 406.2 pm or more has been proposed.
  • Patent Document 1 JP-A-9-1213319
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-294373
  • Patent Document 3 JP 2001-18176
  • Patent Document 4 JP 2001-40442
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-348636
  • the research group to which the present inventors belong maintains the battery life characteristics by controlling the c-axis lattice length to a predetermined range even in the case of a hydrogen storage alloy having a low Co composition.
  • an object of the present invention is to reduce the Co content to a lower level, and to achieve a high level of output characteristics (particularly pulse discharge characteristics), activity (activity) and life characteristics even if the Co content is further reduced.
  • An object of the present invention is to provide a hydrogen storage alloy.
  • the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, in the composition of the alloy represented by the general formula MmNiMnAlCo, the composition ratio (molar ratio) of Co was reduced to 0.35 or less. Even in this case, the composition ratio (molar ratio) of Ni with hydrogen catalytic ability was increased to 4.0 or more, and the alloy composition was adjusted so that the composition ratio (molar ratio) of Mn was within a predetermined range.
  • the output characteristics especially pulse discharge characteristics), the activity (activity), and the life characteristics are controlled and deviated by controlling the manufacturing conditions so that both the a-axis length and c-axis length of the crystal lattice fall within a certain range. It has been found that the present invention can achieve a high level, and the present invention has been conceived based on powerful knowledge. Also, the composition of the alloy represented by the general formula MmNi Mn Al Co Fe is almost the same.
  • the present invention has been found based on such findings, and it has been found that preferable results are obtained.
  • the present invention relates to a compound represented by the general formula: MmNi Mn Al Co (where Mm is misch metal, 4.0 ⁇ a ⁇ 4.7
  • the a-axis length of the crystal lattice of the CaCu-type crystal structure is 499 pm or more, and the c-axis length is 4
  • the amount of Co can be reduced to the extent required for electric vehicles and hybrid vehicle applications (specifically, the negative electrode active material of batteries mounted on electric vehicles and hybrid vehicles), and the power life characteristics can be improved. It can be maintained and its activity can be increased to more than 80%.
  • the "a-axis length and c-axis length of the crystal lattice" are determined by crushing and classifying an ingot-shaped hydrogen storage alloy and passing it through a sieve of 20 ⁇ m (20 ⁇ m ⁇ ).
  • the particle size) of the alloy powder was measured using a powder X-ray diffractometer at a running speed of 1 ° Zmin and an angle of 100-150 ° using CuK collinear, and the error function measurement method (wilson & pike method) Is a value calculated after refinement of the lattice constant according to the formula, and the values of the a-axis length and the c-axis length specified in the present invention include a variation of ⁇ 0.1pm.
  • the peaks used for refinement are as follows. • 100—A peak indexed by the Miller index (303) near 104 °.
  • FIG. 1 is a diagram in which Samples 1-130 are plotted in coordinates consisting of a horizontal axis: a-axis length, and a vertical axis: c-axis length.
  • FIG. 2 is a diagram in which samples 110 are classified by Mn ratio (molar ratio), and the relationship between A1 ratio (horizontal axis) and a-axis length (vertical axis) is plotted for each Mn ratio.
  • Mn ratio molecular ratio
  • FIG. 4 is a diagram plotting a relationship between the c-axis length and the c-axis length (ordinate).
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between ABx (horizontal axis) and a-axis length (vertical axis) of an alloy obtained by preparing one 5.40 alloy.
  • FIG. 5 is a diagram showing a relationship between ABx (horizontal axis) and c-axis length (vertical axis) of the same alloy as in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between ABx (horizontal axis) and a-axis length (vertical axis) of an alloy obtained by preparing alloys 0 to 5.40.
  • FIG. 7 is a diagram showing a relationship between ABx (horizontal axis) and c-axis length (vertical axis) of the same alloy as in FIG.
  • FIG. 20 is a diagram showing the relationship between ABx (horizontal axis) and a-axis length (vertical axis) of an alloy obtained by preparing an alloy of No. 20-5.40.
  • FIG. 9 is a diagram showing a relationship between ABx (horizontal axis) and c-axis length (vertical axis) of the same alloy as in FIG.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between ABx (horizontal axis) and a-axis length (vertical axis) of an alloy obtained by preparing 5.40 alloys.
  • FIG. 11 is a diagram showing a relationship between ABx (horizontal axis) and c-axis length (vertical axis) of the same alloy as in FIG.
  • FIG. 20 is a diagram showing the relationship between ABx (horizontal axis) and a-axis length (vertical axis) of an alloy obtained by preparing an alloy of No. 20-5.40.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between ABx (horizontal axis) and c-axis length (vertical axis) of the same alloy as in FIG.
  • FIG. 20 is a diagram showing the relationship between ABx (horizontal axis) and a-axis length (vertical axis) of an alloy obtained by preparing an alloy 20-5.40.
  • FIG. 15 is a diagram showing a relationship between ABx (horizontal axis) and c-axis length (vertical axis) of the same alloy as in FIG.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the ABx (horizontal axis) of the same alloy as in FIG. 4 and the pulverization residual ratio after 50 cycles (vertical axis).
  • FIG. 17 is a graph showing the relationship between the ABx (horizontal axis) of the same alloy as in FIG. 6 and the pulverization residual ratio after 50 cycles (vertical axis).
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the ABx (horizontal axis) of the same alloy as in FIG. 8 and the pulverization residual ratio after 50 cycles (vertical axis).
  • FIG. 19 is a graph showing the relationship between the ABx (horizontal axis) of the same alloy as in FIG. 10 and the pulverization residual ratio after 50 cycles (vertical axis).
  • FIG. 20 is a graph showing the relationship between the ABx (horizontal axis) of the same alloy as in FIG. 12 and the pulverization residual ratio after 50 cycles (vertical axis).
  • FIG. 21 is a graph showing the relationship between the ABx (horizontal axis) of the same alloy as in FIG. 14 and the pulverization residual ratio after 50 cycles (vertical axis).
  • FIG. 4 is a view showing a region where the residual ratio of the fine powder is 50% or more (however, in this figure, there is no one in which the residual ratio of the fine powder after 50 cycles becomes 50% or more. The area is indicated, and the area is shown).
  • FIG. 4 is a view showing a region where the residual ratio of fine powder is 50% or more.
  • FIG. 4 is a view showing a region where the residual ratio of fine powder is 50% or more.
  • FIG. 4 is a view showing a region where the residual ratio of fine powder is 50% or more.
  • FIG. 3 is a view showing a region where the pulverization residual ratio of the sample is 50% or more.
  • the hydrogen storage alloy of the present invention has a general formula of MmNi Mn Al Co (where Mm is a misch metal
  • An occlusion alloy having an a-axis length of at least 499 pm in the crystal lattice of the CaCu-type crystal structure.
  • the low Co hydrogen storage alloy of the present invention has a ratio a + b + c + d of the total number of moles of the elements constituting the B site to the total number of moles of the elements forming the A site in the ABx composition.
  • ABx because 5.2 ⁇ ABx ⁇ 5.5, it consists of a B-site rich non-stoichiometric composition. With ABx in this range, the force S that can maintain the battery life and the pulverization characteristics can be maintained, and the force, the hydrogen storage characteristics, and the output characteristics can be maintained.
  • ABx is preferably 5.25 or more, and preferably 5.45 or less.
  • the a-axis length is preferably 499 or more.
  • the c-axis length is more preferably 405 or more, more preferably 408 pm or less. In particular, it is more preferably 405.6 or more, and more preferably 407.4 or less.
  • a-axis longitudinal force is S499.7-501.2 pm and the c-wheel longitudinal force is 405.6-406.2 pm.
  • the length of a vehicle is 499.8 pm or more and 502.3 pm or less, and the c-axis length is 406.0 pm or more and 407.3 pm or less. It is preferred that
  • composition of 5.40 ⁇ ABx ⁇ 5.45 if the a-axis length is 499.7 pm or more and 502.3 pm or less, and the c-axis length is 406.1 pm or more and 407.4 pm or less. Preferably it is.
  • the life characteristics required for hybrid vehicles that is, the hydrogen storage alloy is pulverized, sieved and the particle size is 20 53 ⁇ m
  • the hydrogen storage alloy powder was adjusted to the range described above, and the average particle size of the hydrogen storage alloy powder (; particle size before cycle, D) was measured by a particle size distribution analyzer.
  • a hydrogen storage alloy having a life characteristic in which the ratio of the post-cycle particle size to the pre-cycle particle size (micronization residual ratio (%)) as measured by an apparatus is 50% or more can be obtained.
  • the residual ratio of pulverization after 50 cycles (%) must be 50% or more.
  • the composition ratio (molar ratio) of Co is 0.35 or less, so it is inexpensive, and the force is also as described above.
  • the composition ratio (molar ratio) of Co is lowered, the composition ratio (molar ratio) of Ni is increased instead, and the alloy composition is adjusted so that the harmful ij of Mn falls within a predetermined range. After that, it is better to adjust the manufacturing conditions so that the a-axis length and c-axis length of the crystal lattice are within a certain range.
  • the alloy composition is determined by changing the composition ratio of Mn and A1 so that ABx is adjusted so that the composition ratio of Mn falls within a predetermined range.
  • the ratio (d) of Co is 0 ⁇ d ⁇ 0.35, preferably 0 ⁇ d ⁇ 0.3, and more preferably 0 ⁇ d ⁇ 0.
  • the harmful ij (b) of Mn is 0.3 ⁇ b ⁇ 0.65, preferably 0.35 ⁇ b ⁇ 0.60, more preferably 0 It should be adjusted within the range of 4 ⁇ b ⁇ 0.55.
  • the ratio of Mn is also an important factor, and unless the ratio of Mn is adjusted to the range of 0.3 ⁇ b ⁇ 0.65, the residual ratio of fine powder after 50 sitals will be 50%. It is difficult to secure more than%.
  • A1 harm IJ combination (c) should be adjusted within the range of 0.2 ⁇ c ⁇ 0.5, preferably 0.3 ⁇ c ⁇ 0.5, more preferably 0.3 ⁇ c ⁇ 0.45 No, it is. Within the range of 0.2 ⁇ c ⁇ 0.5, the effect of lowering the energy efficiency of charging and discharging due to the increase of the plate pressure more than necessary is small, and the effect of lowering the hydrogen storage capacity is also small. Few.
  • the harmful ij (e) of Fe is adjusted within the range of 0 ⁇ e ⁇ 0.11, preferably 0.001 ⁇ e ⁇ 0.11, and more preferably 0.002 ⁇ e ⁇ 0.11. But Within the range of 0 ⁇ e ⁇ 0.11, it is possible to improve the pulverization characteristics with little effect of lowering the activity.
  • Mm is a misch metal that is a rare earth-based mixture such as La, Ce, Pr, Nd, and Sm.
  • rare earths containing Ce (40 to 50%), La (20 to 40%), Pr, and Nd as main constituent elements can be given.
  • the content of La in Mm is preferably 15 to 30% by weight, more preferably 18 to 30% by weight, based on the hydrogen metal alloy.
  • the method for producing the low Co hydrogen storage alloy of the present invention is not particularly limited, the general formula MmNi Mn Al Co (4.0 ⁇ a ⁇ 4.7, 0.3 ⁇ b ⁇ 0.65, 0.2 ⁇ c ⁇ 0.5, 0 ⁇ d ⁇ 0 abed
  • the hydrogen storage alloy raw materials are weighed and mixed, the mixture is prepared, and then heat-treated to produce a hydrogen storage alloy.
  • the production conditions production method, production temperature, The a-axis length and c-axis length of the crystal lattice can be adjusted to predetermined ranges by appropriately selecting and controlling production conditions such as cooling rate) and heat treatment conditions according to the alloy composition.
  • increasing the cooling rate in the structure can increase the c-axis length of the crystal lattice by increasing the cooling rate.Also, even if the heat treatment temperature is increased, the c-axis length of the crystal lattice is generally increased. S power However, depending on the type of alloy, the C-axis length may grow even when the heat treatment temperature is low, so it is necessary to appropriately control the type of alloy.
  • a type-shaped manufacturing method is preferable.
  • a twin-roll method specifically, see paragraphs [0013] and [0016] of Japanese Patent Application No. 2002-299136
  • other manufacturing methods can be used. It is.
  • the hydrogen storage alloy raw material is weighed and mixed so that a desired alloy composition is obtained, and the hydrogen storage alloy raw material is melted into a molten metal by using, for example, a high-frequency heating melting furnace by induction heating.
  • This is poured into a mold, for example, a water-cooled mold, and the hydrogen storage alloy is formed at 1350-1550 ° C. and cooled at a predetermined cooling rate (a predetermined amount of cooling water).
  • the hot water temperature at this time shall be 1200-1450 ° C.
  • the production temperature is the temperature of the molten metal in the crucible at the start of production
  • the production temperature is the temperature of the mold pouring port (temperature before mold).
  • the obtained hydrogen storage alloy is heat-treated in an inert gas atmosphere, for example, in an argon gas.
  • the heat treatment conditions are preferably 1040-1080 ° C and 3-6 hours.
  • the obtained hydrogen storage alloy (ingot) is roughly pulverized and finely pulverized into a hydrogen alloy powder having a required particle size.
  • the alloy surface may be coated with a metal material, a polymer resin, or the like, or may be coated with an acid or alkali.
  • the surface can be appropriately treated, such as by treating the surface, and used as a negative electrode active material for various batteries.
  • a hydrogen storage alloy negative electrode can be produced by mixing and molding a terminator, a conductive additive, and the like into a negative electrode active material by a known method.
  • the hydrogen storage alloy negative electrode thus obtained can be used for secondary batteries as well as primary batteries (fuel cells). Including).
  • a nickel-MH (Metal Hydride) secondary battery can be composed of a positive electrode using nickel hydroxide as an active material, an electrolytic solution composed of an alkaline aqueous solution, and a separator.
  • the low Co hydrogen storage alloy of the present invention is particularly suitable as a negative electrode active material for batteries for next-generation electric vehicles and hybrid vehicles requiring low cost, high output and high durability.
  • heat pumps storage of natural energy such as solar and wind power, hydrogen storage, and actuators.
  • the hydrogen storage alloy (ingot) is pulverized, sieved, and divided—20 ⁇ m (particle diameter passing through a 20 ⁇ m ⁇ sieve), 20 111-53 111 (Do not pass through a 20 111 sieve) Classified into particles with a diameter of 53 ⁇ passing through a sieve) and particles of 53 ⁇ m or more (particle diameters without passing through a 53 ⁇ m ⁇ sieve). It was packed in a glass holder and subjected to a powder X-ray diffractometer (XRD manufactured by RIGAKU).
  • XRD powder X-ray diffractometer
  • the measurement was performed at a scanning speed of 1 ° / min and an angle of 100-150 ° using the CuKa line, and the lattice constant was refined by the error function measurement method (wilson & pike method), and the a-axis length (pm) and The c-axis length (pm) was calculated.
  • the calculated values of the a-axis length and the c-axis length have a variation of ⁇ 0. Lpm.
  • the peaks used for refinement are as follows.
  • the hydrogen storage alloy (ingot) was pulverized, sieved and adjusted to a particle size of 2053 ⁇ m to obtain a hydrogen storage alloy powder.
  • the average particle size (D) of the hydrogen storage alloy powder was measured by a particle size distribution analyzer (Microtrack manufactured by JGC Co., Ltd.), and this was defined as the particle size before the cycle.
  • the average particle size (D) is determined after the cycle.
  • Micronization residual ratio (%) (particle size after cycle / particle size before cycle) X 100
  • the equilibrium hydrogen pressure (MPa) at HZM0.5 when the PCT curve was measured at 45 ° C was determined using a PCT device (automatic Gibeltz device (manufactured by Suzuki Shokan)).
  • This pellet electrode is used as a negative electrode, sandwiched between a positive electrode (sintered nickel hydroxide) of sufficient capacity via a separator (manufactured by Nippon Vilene), and immersed in an aqueous KOH solution with a specific gravity of 1.30 to form an open test cell. Produced.
  • the discharge capacity at the first cycle (mAh / g) was defined as the initial capacity, and was used as an index indicating the initial activity.
  • the discharge capacity at the 20th cycle (mAhZg) was set to 20 cycle capacity.
  • the above open-type test cell was connected to a charging / discharging device (HOKUTO charging / discharging tester), and the cell was placed in a thermostatic chamber (YAMATO) whose temperature was adjustable.
  • the capacity at the time of 1C-0.7V cut was defined as the capacity at the 4th cycle (mAh / g).
  • FIG. 1 is a diagram in which the a-axis length and the c-axis length of Sample 130 are plotted in a coordinate having an abscissa: a- axis length, and a ordinate: c-axis length.
  • Figs. 2 and 3 show that samples 1 to 30 are divided by Mn ratio (molar ratio), and for each Mn ratio, A1 ratio (horizontal axis) and a-axis length (vertical axis) or c-axis length ( 6 is a graph in which the relationship with the vertical axis is plotted.
  • Fig. 4 and Fig. 21 and Tables 3 and 5 show samples from samples 1 to 30 with different Mn ratios (molar ratios) (samples 6, 9, 10, 14, 22, and 26).
  • Fig. 22 Fig. 26 and Table 6-Table 9 show that the samples 1 to 30 are divided by ABx, and the relationship between the a-axis length and the c-axis length for each ABx is shown.
  • 4 is a graph showing a region of the fine powdered ridge remaining ratio of 50% or more.
  • the AB ratio (ABx) range is finely divided, and the range of the a-axis length and the c-axis length is characterized for each AB ratio (ABx) range. It was found that a low Co hydrogen storage alloy with a rate of 50% or more could be specified.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Coの含有率が極めて低く、かつ出力特性(特にパルス放電特性)、活性(活性度)及び寿命特性を高水準に維持可能な水素吸蔵合金を提供せんとする。 一般式MmNiaMnbAlcCod又はMmNiaMnbAlcCodFeeで表される合金組成となるように、各水素吸蔵合金原料を秤量、混合した上で、結晶格子のa軸長及びc軸長がともに所定範囲になるように製造方法及び製造条件を調整して水素吸蔵合金を製造する。結晶格子のa軸長は499pm以上、c軸長は405pm以上であればよいが、ABxの値によってa軸長及びc軸長を更に細かく規定することにより、高耐久性を備えた水素吸蔵合金にできる。  

Description

明 細 書
低 Co水素吸蔵合金
技術分野
[0001] 本発明は、 CaCu型の結晶構造を有する AB型水素吸蔵合金に関し、詳しくは合金
5 5
中のコバルトの含有割合が極めて少なぐそれでいて電気自動車及びハイブリッド自 動車用途等で特に要求される出力特性、活性、寿命特性を備えた低 Co水素吸蔵合 金に関する。
背景技術
[0002] 水素吸蔵合金は、水素と反応して金属水素化物となる合金であり、室温付近で多量 の水素を可逆的に吸蔵 ·放出するため、ハイブリッド自動車やデジタルスチルカメラ に搭載されるニッケル '水素電池等、様々な分野で実用化が研究されている。
[0003] 水素吸蔵合金としては、 LaNiに代表される AB型合金、 ZrV Ni に代表される
5 5 0. 4 1. 5
AB型合金、そのほか AB型合金や A B型合金など様々な合金が知られている。そ
2 2
の多くは、水素との親和性が高く水素吸蔵量の多い元素グループ (Ca、 Mg、希土類 元素、 Ti、 Zr、 V、 Nb、 Pt、 Pdなど)と、水素との親和性が比較的低く吸蔵量は少な いが、水素化反応が速く反応温度を低くする元素グループ (Ni、 Mn、 Cr、 Feなど)と の組合せで構成される。いずれの型の合金も、組成によって特性が大きく変るため、 最大水素吸蔵量及び有効水素吸蔵量の向上(高容量化)、長寿命化、高出力化など を目的として様々な合金組成が研究されている。
[0004] 本発明者らの研究グループは、中でも CaCu型の結晶構造を有する AB型水素吸
5 5 蔵合金、詳しくは Aサイトに希土類系の混合物である Mm (ミッシュメタル)を用レ、、 B サイトに Ni、 Al、 Mn、 Coの 4元素を用いてなる Mm_Ni_Mn_Al_Co合金に着目し 研究を進めてきた。この種の Mm— Ni— Mn— Al_Co合金は、 La系の合金に比べて 比較的安価な材料で負極を構成でき、し力もサイクル寿命が長ぐ過充電時の発生 ガスによる内圧上昇が少ない密閉型ニッケノレ水素蓄電池を得ることができるなどの特 徴を備えている。
[0005] ところで、 Mm— Ni— Mn— A1— Co合金の構成元素において、 Coは合金の微粉化を 抑制し、寿命特性の向上に効果を発揮する重要な元素であったため、従来は 10重 量%程度の Co (モル比で 0· 6- 1. 0)が配合するのが一般的であった。しかし、 Co は非常に高価な金属であり、今後の水素吸蔵合金の利用拡大を考慮すると Coを低 減することが好ましいが、 Coを低減すれば出力特性や寿命特性の低下につながる ため、出力特性及び寿命特性を維持しつつ Coを低減することが研究課題であった。 特に電気自動車(EV: Electric Vehicle)及びハイブリッド自動車(HEV:
HybridElectricVehicle;電気モータと内燃エンジンという 2つの動力源を併用した自動 車)用電源等への利用開発を進めるには、出力特性及び寿命特性を高水準に維持 することが必須の課題であった。
[0006] 力、かる課題に鑑み、 Co量を低減しつつ、それでいて電池特性を維持するための提 案が種々開示されている。
例えば、特許文献 1 (特開平 9—213319号)は、 Mm_Ni_Mn_Al_Co系合金の組 成を変化させ、これにさらに少量の 1元素をカ卩えることを提案している。
[0007] また、特許文献 2 (特開 2002-294373)は、従来の Co量が多い合金に比して安価 で、リサイクル性も考慮しうる二次電池用負極用水素吸蔵合金を提供すベぐ式 (1)の 組成を有し、実質的に単相で、かつ結晶の平均長径が 30— 160 μ ΐη、若しくは 5 /i m— 30 μ m未満である水素吸蔵合金を提案している。
RNi Co M …ひ 希土類元素等、 M : Mg、 Al、 Mn等、 3. 7≤x≤5. 3、 0. 1≤
X y Z
y≤0. 5、 0. l≤z≤l . 0、 5. l≤x + y + z≤5. 5)
[0008] また、本発明者が属する研究グループも、例えば特許文献 3 (特開 2001-18176) において、コバルトの含有割合を少なくすることと同時に水素吸蔵特性に優れ、微粉 化特性や良好な初期特性や出力特性を有し、しかも耐久性や保存性について高い 信頼性を有する水素吸蔵合金として、一般式 MmNia Mnb Coc Cud (式中、 Mmは ミッシュメタノレ、 3. 7≤a≤4. 2、 0. 3 <b≤0. 6、 0. 2≤c≤0. 4、 0< d≤0. 4、 5. 0 0≤a + b + c + d≤5. 35)で表される CaCu型の結晶構造を有する水素吸蔵合金を
5
提案し、
特許文献 4 (特開 2001— 40442)においては、コバルトの含有割合を少なくすることと 同時に水素吸蔵特性に優れると共に、微粉化特性や良好な初期特性や出力特性を 有し、し力も耐久性や保存性について高い信頼性を有する水素吸蔵合金として、一 般式 MmNi Mn Al Co X (式中、 Mmはミッシュメタル、 Xは Fe及び/又は Cu、 3.
a b e a e
7≤a≤4. 2、 0≤b≤0. 3、 0≤c≤0. 4、 0. 2≤d≤0. 4、 0≤e≤0. 4、 5. 00≤a + b + c + d + e≤5. 20、但し b = c = 0の場合を除く、また 0 < b≤0. 3、力、つ 0 < c≤ 0. 4の場合は、 b + c < 0. 5である)で表される CaCu型の結晶構造を有する水素吸
5
蔵合金を提案し、
特許文献 5 (特開 2001—348636)においては、コバルトの含有割合を極めて少なく することによって製造コストを低減し、かつ微粉化特性及び水素吸蔵特性に優れると 共に、良好な出力特性及び保存特性を有する水素吸蔵合金として、一般式 MmNi a
Mn Al Co (式中、 Mmfまミッシュメタノレ、 4. K a≤4. 3、 0. 4< b≤0. 6、 0. 2≤c b e d
≤0. 4、 0. l≤d≤0. 4、 5. 2≤a + b + c + d≤5. 45)もしくは一般式 MmNi Mn a b
Al Co X (式中、 Mmはミッシュメタル、 Xは Cu及び/又は Fe、 4. K a≤4. 3、 0. c d e
4< b≤0. 6、 0. 2≤c≤0. 4、 0. l≤d≤0. 4、 0 < e≤0. 1、 5. 2≤a + b + c + d + e≤5. 45)で表される CaCu5型の結晶構造を有する AB型水素吸蔵合金であって
5
、 c軸の格子長が 406. 2pm以上であることを特徴とする水素吸蔵合金を提案してい る。
[0009] 特許文献 1 :特開平 9一 213319
特許文献 2:特開 2002 - 294373
特許文献 3 :特開 2001— 18176
特許文献 4 :特開 2001— 40442
特許文献 5:特開 2001 - 348636
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 上述のように、本発明者が属する研究グループは、以前に低 Co組成の水素吸蔵 合金であっても c軸の格子長を所定の範囲に制御することにより電池の寿命特性を 維持できることを提案したが、次世代電気自動車及びハイブリッド自動車のための開 発を進めるうち、 Coをさらに低減し、かつ出力特性 (特にパルス放電特性)、活性 (活 性度)及び寿命特性を高水準に維持するためには「c軸の格子長を制御する」とレ、う 発想では限界があることが分かってきた。
そこで本発明の目的は、 Coの含有率を更に低い水準まで低減させたとしても、出力 特性 (特にパルス放電特性)、活性 (活性度)及び寿命特性を高水準にすることがで きる低 Co水素吸蔵合金を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0011] 前記課題に鑑み本発明者が鋭意研究を重ねた結果、一般式 MmNi Mn Al Coで a b e d 示される合金の組成において、 Coの組成割合(モル比)を 0· 35以下に低減させた 場合であっても、水素触媒能を備えた Niの組成割合 (モル比)を 4. 0以上に高め、か つ Mnの組成割合 (モル比)が所定範囲に入るように合金組成を調整した上で、結晶 格子の a軸長、 c軸長がともに一定範囲に入るように製造条件を制御することにより、 出力特性 (特にパルス放電特性)、活性 (活性度)及び寿命特性をレ、ずれも高水準に すること力 Sできることを見出し、力かる知見に基づいて本発明を想到したものである。 また、一般式 MmNi Mn Al Co Feで示される合金の組成についても、ほぼ同様或 a b c d e
いはそれ以上好ましい結果が得られることを見出し、かかる知見に基づいて本発明 を想到したものである。
[0012] 本発明は、一般式 MmNi Mn Al Co (式中、 Mmはミッシュメタル、 4. 0≤a≤4. 7
a b e d
、 0. 3≤b≤0. 65、 0. 2≤c≤0. 5、 0 < d≤0. 35、 5. 2≤a + b + c + d≤5. 5)又 は一般式 MmNi Mn Al Co Fe (式中、 Mmはミッシュメタル、 4. 0≤a≤4. 7、 0. 3
a b c d e
≤b≤0. 65、 0. 2≤c≤0. 5、 0 < d≤0. 35、 0 < e≤0. 11、 5. 2≤a + b + c + d+e
≤5. 5)で表すことができる CaCu型結晶構造を有する低 Co水素吸蔵合金であって
5
、当該 CaCu型結晶構造の結晶格子の a軸長が 499pm以上であり、かつ c軸長が 4
5
05pm以上であることを特徴とする低 Co水素吸蔵合金を提案するものである。
[0013] このように MmNi Mn Al Co (4. 0≤a≤4. 7、 0. 3≤b≤0. 65、 0. 2≤c≤0. 5、 a b e d
0 < d≤0. 35、 5. 2≤a + b + c + d≤5. 5)又は一般式 MmNi Mn Al Co Fe (式 a b c d e 中、 Mmiまミッシュメタノレ、 4. 0≤a≤4. Ί、 0. 3≤b≤0. 65、 0. 2≤c≤0. 5、 0 < d ≤0. 35、 0 < e≤0. 11、 5. 2≤a + b + c + d+e≤ 5. 5)で表すこと力 Sできる CaCu
5 型結晶構造を有する低 Co水素吸蔵合金であって、結晶格子の a軸長が 499pm以 上であり、かつ c軸長が 405pm以上の範囲にある低 Co水素吸蔵合金であれば、 Co の含有率を従来より更に低い水準まで低減させたとしても、出力特性(特にパルス放 電特性)、活性 (活性度)及び寿命特性をいずれも高水準にすることができる。具体 的には、電気自動車及びハイブリッド自動車用途(具体的には電気自動車及びハイ プリッド自動車に搭載される電池の負極活物質)に要求される程度に Co量を低減で き、し力 寿命特性を維持でき、かつ活性度を 80%以上に向上させることができる。
[0014] なお、本発明において「結晶格子の a軸長及び c軸長」は、インゴット状の水素吸蔵合 金を粉砕、分級して— 20 μ m (20 μ m φの篩目を通過する粒子径)に調整した合金 粉を、粉末 X線回折装置を使用し、 CuKひ線により 1° Zminの走查速度、 100— 15 0° の角度で測定し、誤差関数測定法 (wilson&pike法)により格子定数の精密化を行 つた上で算出した値であり、本発明で特定する a軸長及び c軸長の値には ± 0. lpm のばらつきが含まれる。尚、精密化するのに使用したピークは以下の通りである。 • 100— 104° 付近にあるミラー指数(303)で指数付けされるピーク。
•105— 106° 付近にあるミラー指数(321)で指数付けされるピーク。
• 106— 107° 付近にあるミラー指数 (402)で指数付けされるピーク。
•110— 114° 付近にあるミラー指数 (411)で指数付けされるピーク。
•116— 118° 付近にあるミラー指数(313)で指数付けされるピーク。
•126— 129° 付近にあるミラー指数 (412)で指数付けされるピーク。
•129— 132° 付近にあるミラー指数(501)で指数付けされるピーク。
•139— 142° 付近にあるミラー指数(331)で指数付けされるピーク。
また、本発明が特定する数値範囲の上限値及び下限値は、特定する数値範囲から 僅かに外れる場合であっても、当該数値範囲内と同様の作用効果を備えている限り 本発明の範囲に含まる意を包含する。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]サンプル 1一 30を、横軸: a軸長、縦軸: c軸長からなる座標中にプロットした図 である。
[図 2]サンプル 1一 30を Mn割合 (モル比)で区分し、各 Mn割合毎、 A1の割合 (横軸) と a軸長(縦軸)との関係をプロットした図である。
[図 3]サンプル 1一 30を Mn割合 (モル比)で区分し、各 Mn割合毎、 A1の割合 (横軸) と c軸長(縦軸)との関係をプロットした図である。
[図 4]サンプル 1一 30の中から、 Mn割合(モル比)が 0· 35のサンプル 26 (Ni Mn
4.50
Al Co )を抽出し、このサンプルの Mmの割合(モル比)を変えて ΑΒχ5· 20
0.35 0.35 0.10
一 5. 40の合金を作製し、得られた合金の ABx (横軸)と a軸長(縦軸)との関係を示 した図である。
[図 5]図 4と同じ合金の ABx (横軸)と c軸長(縦軸)との関係を示した図である。
[図 6]サンプル 1一 30の中から、 Mn割合(モル比)が 0. 40のサンプル 9 (Ni Mn
4.45 0.40
Al Co )を抽出し、このサンプルの Mmの割合(モル比)を変えて ABxABx5. 2
0.35 0.10
0— 5. 40の合金を作製し、得られた合金の ABx (横軸)と a軸長(縦軸)との関係を示 した図である。
[図 7]図 6と同じ合金の ABx (横軸)と c軸長(縦軸)との関係を示した図である。
[図 8]サンプル 1一 30の中から、 Mn割合(モル比)が 0. 45のサンプル 14 (Ni Mn
4.40
Al Co )を抽出し、このサンプルの Mmの割合(モル比)を変えて ΑΒχΑΒχ5·
0.45 0.35 0.10
20-5. 40の合金を作製し、得られた合金の ABx (横軸)と a軸長(縦軸)との関係を 示した図である。
[図 9]図 8と同じ合金の ABx (横軸)と c軸長(縦軸)との関係を示した図である。
[図 10]サンプル 1一 30の中から、 Mn割合(モル比)が 0· 50のサンプル 22 (Ni Mn
4.35
Al Co )を抽出し、このサンプルの Mmの割合(モル比)を変えて ΑΒχ5· 20
0.50 0.35 0.10
一 5. 40の合金を作製し、得られた合金の ABx (横軸)と a軸長 (縦軸)との関係を示 した図である。
[図 11]図 10と同じ合金の ABx (横軸)と c軸長(縦軸)との関係を示した図である。
[図 12]サンプル 1一 30の中から、 Mn割合(モル比)が 0. 55のサンプル 6 (Ni Mn
4.30
Al Co )を抽出し、このサンプルの Mmの割合(モル比)を変えて ABxABx5.
0.55 0.35 0.10
20-5. 40の合金を作製し、得られた合金の ABx (横軸)と a軸長(縦軸)との関係を 示した図である。
[図 13]図 12と同じ合金の ABx (横軸)と c軸長(縦軸)との関係を示した図である。
[図 14]サンプル 1一 30の中から、 Mn割合(モル比)が 0. 60のサンプノレ 10 (Ni Mn
4.25
Al Co )を抽出し、このサンプルの Mmの割合(モル比)を変えて ABxABx5.
0.60 0.35 0.10 20-5. 40の合金を作製し、得られた合金の ABx (横軸)と a軸長(縦軸)との関係を 示した図である。
[図 15]図 14と同じ合金の ABx (横軸)と c軸長(縦軸)との関係を示した図である。
[図 16]図 4と同じ合金の ABx (横軸)と、 50サイクル後の微粉化残存率(縦軸)との関 係を示した図である。
[図 17]図 6と同じ合金の ABx (横軸)と、 50サイクル後の微粉化残存率(縦軸)との関 係を示した図である。
[図 18]図 8と同じ合金の ABx (横軸)と、 50サイクル後の微粉化残存率(縦軸)との関 係を示した図である。
[図 19]図 10と同じ合金の ABx (横軸)と、 50サイクル後の微粉化残存率(縦軸)との 関係を示した図である。
[図 20]図 12と同じ合金の ABx (横軸)と、 50サイクル後の微粉化残存率(縦軸)との 関係を示した図である。
[図 21]図 14と同じ合金の ABx (横軸)と、 50サイクル後の微粉化残存率(縦軸)との 関係を示した図である。
[図 22]縦軸: c軸長、横軸: a軸長からなる座標中に、 5. 20≤ABx (a + b + c + d) < 5 . 25のサンプルをプロットし、 50サイクル後の微粉ィ匕残存率が 50%以上となる領域 を示した図である(但し、この図中には 50サイクル後の微粉化残存率が 50%以上と なるものが存在しなレ、ので、領域は示されてレヽなレ、)。
[図 23]縦軸: c軸長、横軸: a軸長からなる座標中に、 5. 25≤ABx (a + b + c + d) < 5 . 30のサンプルをプロットし、 50サイクル後の微粉ィ匕残存率が 50%以上となる領域 を示した図である。
[図 24]縦軸: c軸長、横軸: a軸長からなる座標中に、 5. 30≤ABx (a + b + c + d) < 5 . 35のサンプルをプロットし、 50サイクル後の微粉ィ匕残存率が 50%以上となる領域 を示した図である。
[図 25]縦軸: c軸長、横軸: a軸長からなる座標中に、 5. 35≤ABx (a + b + c + d) < 5 . 40のサンプルをプロットし、 50サイクル後の微粉ィ匕残存率が 50%以上となる領域 を示した図である。 [図 26]縦軸: c軸長、横軸: a軸長からなる座標中に、 5. 40≤ABx (a + b + c + d) < 5 . 45のサンプルをプロットし、 50サイクル後の微粉化残存率が 50%以上となる領域 を示した図である。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下に本発明の実施形態について詳細に述べるが、本発明の範囲が以下に説明 する実施形態に限定されるものではない。
[0017] 本発明の水素吸蔵合金は、一般式 MmNi Mn Al Co (式中、 Mmはミッシュメタル a b e d
、 4. 0≤a≤4. 7、 0. 3≤b≤0. 65、 0. 2≤c≤0. 5, 0 < d≤0. 35、 5. 2≤a + b + c + d≤5. 5)又は一般式 MmNi Mn Al Co Fe (式中、 Mmはミッシュメタル、 4· 0
a b c d e
≤a≤4. 7、 0. 3≤b≤0. 65、 0. 2≤c≤0. 5、 0 < d≤0. 35、 0 < e≤0. 11、 5. 2 ≤a + b + c + d+e≤5. 5)で表すことができる CaCu型結晶構造を有する低 Co水素
5
吸蔵合金であって、当該 CaCu型結晶構造の結晶格子の a軸長が 499pm以上であ
5
り、かつ c軸長力 ¾05pm以上の範囲にある CaCu型結晶構造を有する ABx型の低
5
Co水素吸蔵合金である。
[0018] 本発明の低 Co水素吸蔵合金は、 ABx組成における Aサイトを構成する元素の合計 モル数に対する Bサイトを構成する元素の合計モル数の比率 a + b + c + d (この比率 を ABxとも称する)が、 5. 2≤ABx≤5. 5であるから、 Bサイトリッチの非化学量論組 成からなるものである。この範囲の ABxであれば、電池寿命や微粉化特性を維持す ること力 Sでき、し力も水素吸蔵特性及び出力特性も維持することができる。ただし、中 でも ABxが 5. 25以上が好ましぐ又 5. 45以下であるのが好ましい。
[0019] また、本発明の低 Co水素吸蔵合金において、 a軸長は 499以上であるのが好ましぐ
503pm以下であるのが好ましレ、。特に 499. 7以上であるのがより好ましぐ 502. 7p m以下であるのがより好ましレ、。他方、 c軸長は 405以上であるのがより好ましぐ 408 pm以下であるのがより好ましレ、。中でも特に 405. 6以上であるのがより好ましぐ 40 7. 4pm以下であるがより好ましい。
a軸長力 S499. 7— 501. 2pmであり、 c車由長力 405. 6— 406. 2pmである場 合は好ましい一例である。
[0020] 本発明者はさらに、 ABxのレベルによって好ましい a軸長及び c軸長が異なることを 見出し、この知見に基づき、 ABx範囲毎に好ましい a軸長及び c軸長を提案する。 一般式 MmNi Mn Al Coで表すことができる CaCu型結晶構造を有する低 Co水 a b e d 5
素吸蔵合金に関しては、
(ィ) 5. 25≤ABx< 5. 30の組成におレヽて ίま、 a車由長カ 500. 5pm以上 502. 7pm 以下であり、かつ c軸長が 405. 6pm以上 406. 9pm以下であるのが好ましい。
(口) 5. 30≤ABx< 5. 35の組成におレヽて fま、 a軸長力 500. 0pm以上 502. 4pm 以下であり、かつ c軸長が 405. 9pm以上 407. 2pm以下であるのが好ましい。
(ノヽ) 5. 35≤ABx< 5. 40の組成におレヽて ίま、 a車由長カ 499. 8pm以上 502. 3pm 以下であり、かつ c軸長が 406. 0pm以上 407. 3pm以下であるのが好ましい。
(二) 5. 40≤ABx< 5. 45の組成におレヽて fま、 a軸長力 499. 7pm以上 502. 3pm 以下であり、かつ c軸長が 406. 1pm以上 407. 4pm以下であるのが好ましい。
また、一般式 MmNi Mn Al Co Feで表すことができる CaCu型結晶構造を有する a b c d e 5 低 Co水素吸蔵合金に関しては、
(ホ) 5. 25≤ABx< 5. 30の糸且成におレヽて ίま、 a車由長力 500. 5pm以上 502. 7pm 以下であり、かつ c軸長が 406. 6pm以上 407. 9pm以下であるのが好ましい。
(へ) 5. 30≤ABx< 5. 35の糸且成におレヽて ίま、 a車由長力 500. 0pm以上 502. 4pm 以下であり、かつ c軸長が 406. 9pm以上 408. 2pm以下であるのが好ましい。
(ト) 5· 35≤ABx< 5. 40の糸且成におレヽて ίま、 a軸長力 499. 8pm以上 502. 3pm 以下であり、かつ c軸長が 407. 0pm以上 408. 3pm以下であるのが好ましい。
(チ) 5. 40≤ABx< 5. 45の糸且成におレヽて ίま、 a軸長力 499. 7pm以上 502. 3pm 以下であり、かつ c軸長が 407. 1pm以上 408. 4pm以下であるのが好ましい。
それぞれの ABxの範囲によって上記の範囲の a軸長及び c軸長に制御することにより 、ハイブリッド自動車に求められる寿命特性、すなわち、水素吸蔵合金を粉砕し、篩 い分けして粒度 20 53 μ mの範囲に調整して水素吸蔵合金粉末とし、この水素吸 蔵合金粉末の平均粒径(;サイクル前粒度、 D )を粒度分布測定装置により測定し
50
た後、この水素吸蔵合金粉末 2gを秤量して PCTホルダー中に入れ、 1. 75Mpaの 水素圧で 2回表面洗浄し、次いで 3MPaの水素を導入するようにして活性化を 2回行 レ、、次に、 PCT装置により、水素吸蔵合金粉末 2. 0gに 3MPaの水素ガスを導入して 水素を吸蔵させ、 45°Cにて水素脱着を 50回繰り返すサイクル試験を行い、 50サイク ノレ試験後の水素吸蔵合金粉末の平均粒径(;サイクル後粒度、 D )を粒度分布測定
50
装置により測定したときの、サイクル前粒度に対するサイクル後粒度の割合 (微粉化 残存率(%) )が 50%以上を示す寿命特性、を備えた水素吸蔵合金とすることができ る。
ハイブリッド自動車の用途には高耐久性が求められ、かかる水準の高耐久性を維持 するためには、 50サイクル後の微粉化残存率(%) )が 50%以上であることが必要が ある。上述のように ABxの範囲毎に a軸長及び c軸長を制御することにより、 Coの組 成割合 (モル比)が 0. 35以下であるから安価で、し力、も上述のように次世代ハイプリ ッド自動車用電池の負極活物質に要求される高耐久性を満足する水素吸蔵合金を 提供すること力 Sできる。
[0022] Ni、 Mn、 A1及び Coの組成割合に関しては、上述のように 5. 2≤a + b + c + d≤5.
5、中でも好ましくは 5. 25≤a + b + c + d又は a + b + c + d≤5. 45の範囲内で適宜 調整すればよいが、本発明の低 Co水素吸蔵合金の特徴を考えると、 Coの組成割合 (モル比)を低くし、その代わり Niの組成割合 (モル比)を高め、さらには Mnの害 ij合を 所定範囲に入るように合金組成を調整した上で、あとは製造条件を調整することによ つて結晶格子の a軸長さ及び c軸長さ一定範囲に調製するのがよいから、先ず Co及 び Niの組成割合 (モル比)を決め、次に Mnの組成割合が所定範囲内に入るように Mn及び A1の組成割合を変えて ABxを調整するようにして合金組成を決定するのが 好ましい。
[0023] Coの割合(d)は、 0 < d≤0. 35、好ましくは 0 < d≤0. 3、更に好ましくは 0 < d≤0.
2の範囲内で調整するのがよレ、。 0 < d≤0. 35の範囲内であれば、水素吸蔵特性や 微粉化特性を劣化させることもなく、しかも充分にコスト削減の利益を享受できる。 Niの害 U合(a)は、 4. 0≤a≤4. 7、好ましくは 4. l≤a≤4. 6、更に好ましくは 4. 2≤ a≤4. 5の範囲内で調整するのがよレ、。 4. 0≤a≤4. 7の範囲内であれば、充分な 出力特性を得ることができ、しかも微粉化特性や寿命特性に悪影響を与えることもな レ、。
Mnの害 ij合(b)は、 0. 3≤b≤0. 65、好ましくは 0. 35≤b≤0. 60、更に好ましくは 0 . 4≤b≤0. 55の範囲内で調整するのがよい。本発明の合金においては、 Mnの割 合も重要な要素であり、 Mnの割合を 0. 3≤b≤0. 65の範囲に調整しないと、 50サ イタル後の微粉ィ匕残存率を 50%以上に確保することは難しい。
A1の害 IJ合(c)は、 0. 2≤c≤0. 5、好ましくは 0. 3≤c≤0. 5、更に好ましくは 0. 3≤ c≤0. 45の範囲内で調整するのがよレ、。 0. 2≤c≤0. 5の範囲内であれば、プラト 一圧力が必要以上に高くなつて充放電のエネルギー効率を悪化させる影響が少なく 、し力、も水素吸蔵量を低下させる影響も少ない。
Feの害 ij合(e)は、 0 < e≤0. 11、好ましくは 0. 001 < e≤0. 11、更に好ましくは 0. 0 02 < e≤0. 11の範囲内で調整するのがよレ、。 0 < e≤0. 11の範囲内であれば、活 性度を低下させる影響も少なぐ微粉化特性を向上させることができる。
[0024] なお、上記組成において「Mm」は、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Sm等の希土類系の混合物で あるミッシュメタルである。例えば Ce(40 50%)、 La(20— 40%)、 Pr、 Ndを主要構 成元素とした希土類を挙げることができる。 Mm中の Laの含有量は、一般的には水 素金属合金に対して 15— 30重量%、特に 18— 30重量%であるのが好ましい。
[0025] (低 Co水素吸蔵合金の製造方法)
本発明の低 Co水素吸蔵合金の製造方法は特に限定するものではないが、一般式 MmNi Mn Al Co (4. 0≤a≤4. 7、 0. 3≤b≤0. 65、 0. 2≤c≤0. 5、 0 < d≤0 a b e d
. 35、 5. 2≤a + b + c + d≤5. 5)又 ίま一般式 MmNi Mn Al Co Fe (式中、 Mmiま a b c d e
ミッシュメタノレ、 4. 0≤a≤4. 7、 0. 3≤b≤0. 65、 0. 2≤c≤0. 5、 0 < d≤0. 35、 0 < e≤0. 1 1、 5. 2≤a + b + c + d+e≤5. 5)の合金糸且成となるように、各水素吸蔵合 金原料を秤量、混合した上で、結晶格子の a軸長及び c軸長がともに所定範囲になる ように製造方法及び製造条件を調整して水素吸蔵合金を製造すればよい。
[0026] 例えば、水素吸蔵合金原料を秤量、混合し、この混合物を铸造し、次いで熱処理す るようにして水素吸蔵合金を製造すればよぐこの際、铸造条件 (铸造方法、铸造温 度、冷却速度など)、熱処理条件などの製造条件を合金組成に合わせて適宜選択、 制御することによって、結晶格子の a軸長及び c軸長を所定範囲に調整することがで きる。一般的には铸造における冷却速度を速くすれば結晶格子の c軸長を成長させ ること力 Sでき、また、熱処理温度を高くしても一般的には結晶格子の c軸長を成長させ ること力 Sできる。但し、合金種によっては熱処理温度が低温であっても C軸長が成長 するものもあるから、合金種によって適宜制御することが必要である。
また、結晶格子の a軸長及び c軸長をともに所定範囲内に入るように調整するには、 結晶を均質に成長させることも重要な要素の一つである。結晶の均質化を図るため には、熱処理のほかにも、例えば特開 2002—212601号に開示されているように、熱 処理前の合金を分級して合金粉末の粒径を制御することも有効であるとも考えられる 。よって、このような手段も結晶格子の a軸長及び c軸長を所望の範囲に調整する手 段の一つとして採用することが可能である。
[0027] 铸造方法としては、錡型錡造法が好ましいが、例えばツインロール法(具体的には特 願 2002—299136の段落 [0013] [0016]参照)、その他の錡造法でも製造可能 である。
[0028] ここでは、铸型铸造法による製造方法の一例について説明する。
先ず、所望の合金組成となるように、水素吸蔵合金原料を秤量、混合し、例えば誘導 加熱による高周波加熱溶解炉を用いて、上記水素吸蔵合金原料を溶解して溶湯と なす。これを铸型、例えば水冷型の铸型に流し込んで水素吸蔵合金を 1350— 155 0°Cで铸造し、所定の冷却速度(所定の冷却水量)で冷却する。この際の铸湯温度は 1200— 1450°Cとする。なお、ここでレ、ぅ铸造温度とは、铸造開始時のルツボ内溶湯 温度であり、铸湯温度とは铸型注ぎ込み口温度 (铸型前温度)である。
次に、得られた水素吸蔵合金を不活性ガス雰囲気中、例えばアルゴンガス中で熱処 理する。熱処理条件は 1040— 1080°C、 3— 6時間が好ましい。
[0029] (低 Co水素吸蔵合金の利用)
得られた水素吸蔵合金 (インゴット)は、粗粉砕、微粉砕により必要な粒度の水素合 金粉末とし、必要に応じ、金属材料や高分子樹脂等により合金表面を被覆したり、酸 やアルカリで表面を処理したりするなど適宜表面処理を施し、各種の電池の負極活 物質として用いることができる。
電池用負極の調製は、負極活物質に公知の方法により終着剤、導電助剤などを混 合、成形すれば水素吸蔵合金負極を製造できる。
このようにして得られる水素吸蔵合金負極は、二次電池のほか一次電池 (燃料電池 含む)にも利用することができる。例えば、水酸化ニッケルを活物質とする正極と、ァ ルカリ水溶液よりなる電解液と、セパレータからニッケル一 MH (Metal Hydride)二次 電池を構成することができ、電気自動車、ノ、イブリツド自動車、小型又は携帯型の各 種電気機器、電動工具などの電源用途に好適に利用することができる。中でも、本 発明の低 Co水素吸蔵合金は、低価格 ·高出力》高耐久性が要求される次世代用電 気自動車及びハイブリッド自動車用電池の負極活物質として特に好適である。
なお、ヒートポンプ、太陽'風力などの自然エネルギーの貯蔵、水素貯蔵、ァクチユエ ータなどの利用も可能である。
実施例
[0030] 以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
[0031] [サンプルの作製]
表 1に示した合金組成となるように、各水素吸蔵合金原料を秤量、混合し、その混合 物をルツボにいれて高周波溶解炉に固定し、 10— 4Torr以下まで真空状態にした後、 アルゴンガス雰囲気中で加熱溶解して水冷式銅铸型に流し込み、表 2に示した铸造 温度で铸造を行い、表 2に示した冷却水量で冷却を行い、合金を得た。さらに、この 合金をアルゴン雰囲気中で 1060°C、 6時間の熱処理を行い、インゴット状の水素吸 蔵合金 (サンプル 1一 33)を得た。
[0032] [表 1]
Mm AI n Co Ni Cu Fe ABx La / t% Ce /wt% サンプル 1 1 0.30 0.45 0.10 4.45 - 一 5.30 26 〜 10 サンプル 2 0.35 0.45 0.10 4.40 ― ― 5.30 24 5〜10 サンプル 3 0.40 0.45 0.10 4.35 - 一 5.30 24 5〜10 サンブル 4 0.30 0.45 0.10 4.45 - 一 5.30 24 5〜10 サンプル 5 0.40 0.50 0.10 4.30 一 一 5.30 19 5 一 〜10 サンプル 6 1 0.35 0.55 0.10 4.30 一 5.30 16 10〜15 サンプル 7 0.40 0.55 0.10 4.25 一 一 5.30 16 10〜15 サンプル 8 0.45 0.55 0.10 4.20 一 一 5.30 14 10〜15 サンプル 9 1 0.35 0.40 0.10 4.45 一 一 5.30 26 1〜10 サンプル 10 0.35 0.60 0.10 4.25 一 一 5.30 26 10〜15 サンプル 1 1 0.45 0.40 0.10 4.35 一 5.30 24 5〜10 サンプル 1 2 0.991 0.35 0.50 0.10 4.35 ― 一 5.35 20 5 一 〜10 サンプル 1 3 1 0.30 0.45 0.10 4.45 一 5.30 23 1〜10 サンプル 1 4 1 0.35 0.45 0.10 4.40 - 一 5.30 22 5〜1 0 サンプル 1 5 0.40 0.45 0.10 4.35 一 一 5.30 22 5〜1 0 サンプル 1 6 0.30 0.50 0.10 4.40 - 一 5.30 21 5〜1 0 サンプル 1 7 1 0.37 0.52 0.10 4.31 一 一 5.30 20 5~ 1 0 サンプル 1 8 1 0.37 0.47 0.10 4.36 一 - 5.30 22 5〜1 0 サンプル 1 9 1 0.33 0.47 0.10 4.40 一 一 5.30 22 5〜1 0 サンプル 20 1 0.40 0.52 0.10 4.28 一 一 5.30 22 5~ 1 0 サンプル 21 1 0.40 0.47 0.10 4.33 一 一 5.30 20 5〜1 0 サンプル 22 1 0.35 0.50 0.10 4.35 一 一 5.30 20 5〜1 0 サンプル 23 1.006 0.35 0.50 0.10 4.35 5.27 20 5~ 1 0 サンプル 24 0.994 0.35 0.50 0.10 4.35 5.33 20 5〜1 0 サンプル 25 0.987 0.35 0.50 0.10 4.35 5.37 20 5〜1 0 サンプル 26 0.35 0.35 0.10 4.50 5.30 24 1〜10 サンプル 27 0.20 0.65 0.10 4.35 5.30 17 5〜15 サンプル 28 0.30 0.40 0.75 3.55 5.00 1 1 10〜20 サンプル 29 0.30 0.45 0.40 3.95 0.1 5.20 19 5〜1 5 サンプル 30 0.30 0.50 0.30 4.20 5.30 20 5〜1 5 サンプル 31 0.35 0.50 0.10 4.375 0.025 5.35 20 5〜10 サンプル 32 0.35 0.50 0.10 4.35 0.05 5.35 20 5〜10 サンプル 33 0.35 0.50 0.10 4.29 0.11 5.35 20 5〜10
[0033] [特性及び物性評価]
上記で得られたサンプル 1一 33について、下記に示す方法によって諸物性値及び 諸特性値を測定し、結果を表 2に示した。
[0034] < &軸長> < (軸長>
水素吸蔵合金 (インゴット)を粉砕し、篩レ、分けして— 20 μ m (20 μ m φの篩目を通過 する粒子径)、 20 111ー53 111 (20 111 の篩目を通過しなレ、が、 53 μ πι φの篩目 を通過する粒子径)、 53 μ m以上(53 μ m φの篩目を通過しない粒子径)に分級し、 このうちの—20 μ mのものをガラスホルダーに詰めて粉末 X線回折装置(RIGAKU 製 XRD)に供した。 CuK a線により 1° /minの走査速度、 100—150° の角度で測 定を行い、誤差関数測定法 (wilson&pike法)により格子定数の精密化を行った上、 a 軸長(pm)及び c軸長(pm)を算出した。算出した a軸長及び c軸長の値には ± 0. lp mのばらつきがある。
尚、精密化するのに使用したピークは以下の通りである。
•100— 104° 付近にあるミラー指数(303)で指数付けされるピーク。 •105— 106° 付近にあるミラー指数(321)で指数付けされるピーク。
• 106— 107° 付近にあるミラー指数 (402)で指数付けされるピーク。
•110— 114° 付近にあるミラー指数 (411)で指数付けされるピーク。
•116— 118° 付近にあるミラー指数(313)で指数付けされるピーク。
•126— 129° 付近にあるミラー指数 (412)で指数付けされるピーク。
•129— 132° 付近にあるミラー指数(501)で指数付けされるピーク。
•139— 142° 付近にあるミラー指数(331)で指数付けされるピーク。
[0035] <微粉化残存率(10_0/%) (50-D/%) >
水素吸蔵合金 (インゴット)を粉砕し、篩い分けして粒度 20 53 μ mの範囲に調整し て水素吸蔵合金粉末とした。この水素吸蔵合金粉末を粒度分布測定装置(日揮装( 株)製マイクロトラック)により平均粒径 (D )を測定し、これをサイクル前粒度とした。
50
次に、水素吸蔵合金粉末 2gを秤量し、 PCTホルダー中に試料を入れ、 1. 75Mpa の水素圧で MH合金表面を 2回表面洗浄後、 3MPaの水素を導入するようにして活 十生ィ匕を 2回行った。
活性化処理後、 PCT装置(自動ジ一べルツ装置 (鈴木商館製))により、前記水素吸 蔵合金粉末 2. Ogに 3MPaの水素ガスを導入して水素を吸蔵させ、その後 45°Cにて 水素脱着を 10回又は 50回繰り返すサイクル試験を行った(温度条件 45°C)。
その後、回収して再び平均粒径 (D )を測定した時の平均粒径 (D )をサイクル後
50 50
粒度とし、両平均粒径(D )を使用して次式から 10サイクル後の微粉ィ匕残存率(%)
50
及び 50サイクル後の微粉化残存率(%)を算出した。
微粉化残存率(%) = (サイクル後粒度/サイクル前粒度) X 100
[0036] < PCT容量(HZM) >
PCT装置(自動ジ一べルツ装置 (鈴木商館製))により、 45°Cにて PCT曲線を測定 した時の 0. 5MPaにおける水素吸蔵量(H/M)を求めた。
[0037] <プラトー圧(PH2/MPa) >
PCT装置(自動ジ一べルツ装置 (鈴木商館製))により、 45°Cにて PCT曲線を測定 した時の HZM0. 5における平衡水素圧(MPa)を求めた。
[0038] <電極セルの作製 > 平均粒径 45 μ mに調整した水素吸蔵合金粉末を、ニッケル粉末 (導電材)及びポリ エチレン粉末 (結合材)と共に 3. 12g混合し、得られた混合粉をプレスして直径 15m m、厚さ 1. 8mmのペレットを作製し、 150°C X 1時間真空焼成を行って焼結させて ペレット電極を作製した。
このペレット電極を負極とし、十分な容量の正極(焼結式水酸化ニッケル)でセパレー タ(日本バイリーン製)を介して挟み込み、比重 1. 30の KOH水溶液中に浸漬させて 開放型試験セルを作製した。
[0039] <初期容量(l∞/mAhZg) > < 20サイクル容量(20∞ZmAh/g) >
上記の開放型試験セルを充放電装置 (HOKUTO製充放電試験機)に接続し、充 電: 0. 2C X 6時間、放電: 0. 2C-0. 7Vカット、温度 25°Cで充放電を行レ、、 1サイク ル目の放電容量 (mAh/g)を初期容量とし、初期活性を表す指標とした。また、 20 サイクノレ目の放電容量 (mAhZg)を 20サイクル容量とした。
[0040] く 0°C ' 21サイクル目容量(0°C、 1C、 Cap/mAh/g) > <パルス〉
上記サイクル試験において 20サイクル初期容量 (mAh/g)測定後、 0°Cにて 0. 2C X 6時間充電し、 1Cで放電させた時の 21サイクル目容量 (mAh/g)を測定した。容 量が大きい方が低温特性が良好であることを示す。
また、 21サイクル目容量測定後、 0. 2C X 6時間充電し、 0. 2C X 2. 5時間放電し、 30分静置した後、 2C放電させた時の 10Sの電圧値 (V)をパルスとした。電圧が高い 方が、低温時の出力特性が良好であることを示す指標となる。
[0041] <活性度>
上記の開放型試験セルを充放電装置 (HOKUTO製充放電試験機)に接続し、セル を温度調整可能な恒温槽 (YAMATO製)中に入れた。充電: 0. 2C X 6時間、放電 : 0. 2C-0. 7Vカット、温度 25°Cで 3サイクル充放電実施後、 25°Cにて充電: 0. 2C X 6時間した後、恒温槽を 0°Cに切り替えて放電: 1C一 0. 7Vカットさせたときの容量 を 4サイクル目容量 (mAh/g)とした。
その後、 1C X 1時間 12分充電後、放電: 1C一 0. 7Vカットさせた時の容量を 5サイク ル目容量 (mAhZg)とした。
また、 15 17サイクル目にも同様の試験を行レ、、各サイクル(15— 17)目の目容量( mAh/g)を測定した。
そして、活性度(%)を次の式により算出した。
活性度(%) = 5サイクル目容量 / 17サイクル目容量 X 100
[0042] [表 2]
Figure imgf000019_0001
[0043] 図 1は、サンプル 1一 30の a軸長及び c軸長を、横軸: a軸長、縦軸: c軸長からなる座 標中にプロットした図である。
図 1及び表 2の結果より、 a軸長及び c軸長がある範囲内にあれば、活性、出力特性 及び寿命特性のいずれも良好になることが分かった。中でも、サンプノレ 2、 17、 22及 び 24は活性、出力特性、寿命特性の点で特に良好なものと評価することができた。 また、サンプル 31— 33に着目すると、鉄 (Fe)を含有させても活性、出力特性及び寿 命特性のいずれも良好になり、寿命特性は特に優れたものになることが分った。さら にまた、冷却水量を多くすると、つまり冷却速度を高めると、 c軸長が大きくなり寿命特 性も上昇する傾向があることが分かった。
[0044] 図 2及び図 3は、サンプル 1一 30を Mn割合(モル比)で区分し、 Mn割合毎、 A1の割 合 (横軸)と a軸長(縦軸)又は c軸長(縦軸)との関係をプロットしたグラフである。 また、図 4一図 21並びに表 3—表 5は、サンプル 1一 30の中から、 Mn割合(モル比) の異なるサンプノレ(サンプノレ 6、 9、 10、 14、 22、 26)をキ由出し、キ由出したサンプノレの 合金組成において Mmの割合(モル比)を変えて ΑΒχ5· 2— 5· 4の合金を作製し( 作製条件は抽出したサンプルに同じ)、抽出したサンプノレ毎、言い換えれば Mn割合 毎に、 ABxと a軸長(縦軸)又は c軸長(縦軸)との関係を示したのが図 4一図 15並び に表 3及び表 4であり、 ABxと 50サイクル後の微粉化残存率との関係を示したのが図 16—図 21並びに表 5である。
これより、 ABxと a軸長及び c軸長との間には相関があり、 ABxが大きくなると、 a軸長 は小さくなり、 c軸長は大きくなる傾向があることが分かった。
[0045] [表 3]
[0046] [表
Figure imgf000020_0001
[0047] [表 5]
Figure imgf000021_0001
[0048] また、図 22 図 26及び表 6—表 9は、サンプル 1一 30を ABxで区分し、それぞれの ABx毎に a軸長と c軸長さとの関係を示すと共に、更に 50サイクル後の微粉ィ匕残存率 50%以上の領域を示したグラフである。
例えば図 22の場合、すなわち 5· 20≤ ABxく 5. 25の場合は、 50サイクル後の微粉 ィ匕が 50%を上回るサンプルは存在しなかった。これに対し、図 23—図 26の場合は、 例えば図 23に示されるように、 a軸長が 500. 5pm以上 502. 7pm以下であり、かつ c 軸長が 405. 6pm以上 406. 9pm以下の範囲(図中の枠)内のサンプルは、 50サイ クル後の微粉ィ匕残存率が 50%以上となり、枠外のサンプルは 50%を下回る結果とな つた。他の図についても同様のことが言えた。
このように、 AB比(ABx)範囲を細力べ区分し、各 AB比(ABx)範囲毎に a軸長及び c 軸長さの範囲を特性することにより、 50サイクル後の微粉ィ匕残存率が 50%以上とな る低 Co水素吸蔵合金を特定できることが判明した。
[0049] [表 6]
Figure imgf000021_0002
[0050] [表 7]
Figure imgf000022_0001
[0051] [表 8]
Figure imgf000022_0002
[0052] [表 9]
Figure imgf000022_0003
[0053] [表 10]
Figure imgf000023_0001

Claims

請求の範囲
[1] 一般式 MmNi Mn Al Co (式中、 Mmはミッシュメタノレ、 4. 0≤a≤4. 7、 0. 3≤b
a b e d
≤0. 65、 0. 2≤c≤0. 5、 0< d≤0. 35、 5. 2≤a + b + c + d≤ 5. 5)で表すこと力 S できる CaCu型結晶構造を有する低 Co水素吸蔵合金であって、
5
当該 CaCu型結晶構造の結晶格子の a軸長が 499pm以上であり、かつ c軸長が 40
5
5pm以上であることを特徴とする低 Co水素吸蔵合金。
[2] 5. 25≤a + b + c + d< 5. 30の組成においては、結晶格子の a軸長が 500. 5pm以 上 502. 7pm以下であり、かつ c軸長が 405· 6pm以上 406. 9pm以下であることを 特徴とする請求項 1記載の低 Co水素吸蔵合金。
[3] 5. 30≤a + b + c + d< 5. 35の組成においては、結晶格子の a軸長が 500. 0pm以 上 502. 4pm以下であり、かつ c軸長が 405· 9pm以上 407. 2pm以下であることを 特徴とする請求項 1記載の低 Co水素吸蔵合金。
[4] 5. 35≤a + b + c + d< 5. 40の組成においては、結晶格子の a軸長が 499. 8pm以 上 502. 3pm以下であり、かつ c軸長が 406. 0pm以上 407. 3pm以下であることを 特徴とする請求項 1記載の低 Co水素吸蔵合金。
[5] 5. 40≤a + b + c + d< 5. 45の組成においては、結晶格子の a軸長が 499. 7pm以 上 502. 3pm以下であり、かつ c軸長が 406. 1pm以上 407. 4pm以下であることを 特徴とする請求項 1記載の低 Co水素吸蔵合金。
[6] 一般式 MmNi Mn Al Co Fe (式中、 Mmはミッシュメタノレ、 4. 0≤a≤4. 7 0. 3≤
a b c d e
b≤0. 65、 0. 2≤c≤0. 5、 0< d≤0. 35、 0< e≤0. 11、 5. 2≤a + b + c + d+e≤ 5. 5)で表すことができる CaCu型結晶構造を有する低 Co水素吸蔵合金であって、
5
当該 CaCu型結晶構造の結晶格子の a軸長が 499pm以上であり、かつ c軸長が 40
5
5pm以上であることを特徴とする低 Co水素吸蔵合金。
[7] 5. 25≤a + b + c + d+e< 5. 30の組成においては、結晶格子の a軸長が 500. 5pm 以上 502. 7pm以下であり、かつ c軸長が 406. 6pm以上 407. 9pm以下であること を特徴とする請求項 6記載の低 Co水素吸蔵合金。
[8] 5. 30≤a + b + c + d+e< 5. 35の糸且成におレヽて ίま、結日曰曰格子の a軸長力 500. 0pm 以上 502. 4pm以下であり、かつ c軸長が 406. 9pm以上 408. 2pm以下であること を特徴とする請求項 6記載の低 Co水素吸蔵合金。
[9] 5. 35≤a + b + c + d+e < 5. 40の糸且成におレヽて ίま、結曰曰曰格子の a軸長力 499. 8pm 以上 502. 3pm以下であり、かつ c軸長が 407. 0pm以上 408. 3pm以下であること を特徴とする請求項 6記載の低 Co水素吸蔵合金。
[10] 5. 40≤a + b + c + d+e < 5. 45の組成におレヽて fま、結晶格子の a軸長力 499. 7pm 以上 502. 3pm以下であり、かつ c軸長が 407. 1pm以上 408. 4pm以下であること を特徴とする請求項 6記載の低 Co水素吸蔵合金。
[11] 水素吸蔵合金を粉砕し、篩い分けして粒度 20— 53 μ mの範囲に調整して水素吸蔵 合金粉末とし、この水素吸蔵合金粉末の平均粒径(;サイクル前粒度、 D )を粒度分
50 布測定装置により測定した後、この水素吸蔵合金粉末 2gを秤量して PCTホルダー 中に入れ、 1. 75Mpaの水素圧で 2回表面洗浄し、次いで 3MPaの水素を導入する ようにして活性化を 2回行レ、、次に、 PCT装置により、水素吸蔵合金粉末 2. 0gに 3 MPaの水素ガスを導入して水素を吸蔵させ、 45°Cにて水素脱着を 50回繰り返すサ イタル試験を行レ、、 50サイクル試験後の水素吸蔵合金粉末の平均粒径(;サイクノレ 後粒度、 D )を粒度分布測定装置により測定したときの、下記の式で得られる微粉
50
化残存率が 50%以上であることを特徴とする請求項 2— 5のいずれか又は請求項 7 一 10のいずれかに記載の低 Co水素吸蔵合金。
微粉化残存率(%) = (サイクル後粒度/サイクル前粒度) X 100
[12] 請求項 1一 11のいずれかに記載の低 Co水素吸蔵合金を負極活物質として用いてな る構成を備えた電池。
PCT/JP2004/011378 2003-08-08 2004-08-06 低Co水素吸蔵合金 WO2005014871A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/566,433 US8535460B2 (en) 2003-08-08 2004-08-06 Low Co hydrogen storage alloy
EP04771377A EP1652947A4 (en) 2003-08-08 2004-08-06 HYDROGEN OCCLUSION ALLOY WITH LOW CO 2 CONTENT
JP2005512978A JP3828922B2 (ja) 2003-08-08 2004-08-06 低Co水素吸蔵合金
US13/769,854 US9219277B2 (en) 2003-08-08 2013-02-19 Low Co hydrogen storage alloy

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003-290784 2003-08-08
JP2003290784 2003-08-08

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US10/566,433 A-371-Of-International US8535460B2 (en) 2003-08-08 2004-08-06 Low Co hydrogen storage alloy
US13/769,854 Division US9219277B2 (en) 2003-08-08 2013-02-19 Low Co hydrogen storage alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005014871A1 true WO2005014871A1 (ja) 2005-02-17

Family

ID=34131605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2004/011378 WO2005014871A1 (ja) 2003-08-08 2004-08-06 低Co水素吸蔵合金

Country Status (5)

Country Link
US (2) US8535460B2 (ja)
EP (1) EP1652947A4 (ja)
JP (1) JP3828922B2 (ja)
CN (1) CN1833039A (ja)
WO (1) WO2005014871A1 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007034892A1 (ja) * 2005-09-21 2007-03-29 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. 低Co水素吸蔵合金
CN101714626A (zh) * 2008-09-30 2010-05-26 三洋电机株式会社 碱性蓄电池用负极、碱性蓄电池及碱性蓄电池的制造方法
CN101623627B (zh) * 2008-07-10 2011-08-17 北京有色金属研究总院 改善Li-Mg-N-H体系储氢材料放氢动力学的催化剂及其使用方法
KR101767035B1 (ko) 2009-10-01 2017-08-10 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치 및 그 제작 방법
WO2018123752A1 (ja) 2016-12-26 2018-07-05 三井金属鉱業株式会社 水素吸蔵合金
WO2021220824A1 (ja) 2020-04-28 2021-11-04 三井金属鉱業株式会社 水素吸蔵合金
JP7175372B1 (ja) 2021-12-02 2022-11-18 新日本電工株式会社 低Co水素吸蔵合金
JP7439316B1 (ja) 2023-03-24 2024-02-27 新日本電工株式会社 ニッケル水素電池負極用水素吸蔵合金粉末

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101376941B (zh) * 2007-08-31 2010-11-03 比亚迪股份有限公司 贮氢合金及其制备方法和采用该贮氢合金的负极及电池
CN102828069B (zh) * 2012-09-26 2015-05-20 鞍山鑫普电池材料有限公司 一种无镨钕的低成本超长寿命型储氢合金及其制备方法
JP2017076470A (ja) * 2015-10-13 2017-04-20 湘南Corun Energy株式会社 アルカリ蓄電池及びその製造方法
US10658660B2 (en) * 2016-09-26 2020-05-19 Primearth Ev Energy Co., Ltd. Nickel-metal hydride battery
WO2023067848A1 (ja) 2021-10-22 2023-04-27 三井金属鉱業株式会社 水素吸蔵合金
CN115377404A (zh) * 2022-08-08 2022-11-22 内蒙古稀奥科贮氢合金有限公司 一种低成本ab5型储氢合金和耐浮充镍氢电池
CN115261677A (zh) * 2022-08-08 2022-11-01 内蒙古稀奥科贮氢合金有限公司 一种低钴无镨钕ab5型储氢合金及其低自放电镍氢电池

Citations (2)

* 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
JPH06283170A (ja) * 1991-09-13 1994-10-07 Yuasa Corp ニッケル−水素電池

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0413319A (ja) 1990-05-01 1992-01-17 Tokyo Electric Co Ltd 無線通信方式
JP3201247B2 (ja) 1996-02-05 2001-08-20 松下電器産業株式会社 密閉型アルカリ蓄電池
KR100344143B1 (ko) * 1996-09-06 2002-07-24 가부시키가이샤 산도쿠 희토류금속-니켈계 수소흡장합금, 그 제조법 및 니켈수소 2차전지용 음극
US5910379A (en) * 1997-11-06 1999-06-08 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Hydrogen absorbing alloy for a negative electrode of an alkaline storage battery
JP3493516B2 (ja) * 1998-12-15 2004-02-03 三井金属鉱業株式会社 水素吸蔵合金及びその製造方法
JP2001040442A (ja) 1999-05-26 2001-02-13 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 水素吸蔵合金
JP2001181763A (ja) 1999-12-24 2001-07-03 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 水素吸蔵合金
JP3881823B2 (ja) 2000-06-09 2007-02-14 三井金属鉱業株式会社 水素吸蔵合金及びその製造方法
JP2002212601A (ja) * 2001-01-15 2002-07-31 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 水素吸蔵合金の製造方法
JP4828714B2 (ja) 2001-04-03 2011-11-30 株式会社三徳 水素吸蔵合金、その製造方法及びニッケル水素二次電池用負極
CN100400691C (zh) * 2001-12-13 2008-07-09 株式会社三德 贮氢合金、贮氢合金粉末、它们的制法以及镍氢二次电池用负极
WO2003056047A1 (en) * 2001-12-27 2003-07-10 Santoku Corporation Hydrogen-occluding alloy, powder of hydrogen-occluding alloy, processes for producing these, and negative electrode for nickel-hydrogen secondary battery
JP2004131825A (ja) 2002-10-11 2004-04-30 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 水素吸蔵合金

Patent Citations (2)

* 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
JPH06283170A (ja) * 1991-09-13 1994-10-07 Yuasa Corp ニッケル−水素電池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1652947A4 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007034892A1 (ja) * 2005-09-21 2007-03-29 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. 低Co水素吸蔵合金
CN101623627B (zh) * 2008-07-10 2011-08-17 北京有色金属研究总院 改善Li-Mg-N-H体系储氢材料放氢动力学的催化剂及其使用方法
CN101714626A (zh) * 2008-09-30 2010-05-26 三洋电机株式会社 碱性蓄电池用负极、碱性蓄电池及碱性蓄电池的制造方法
KR101767035B1 (ko) 2009-10-01 2017-08-10 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치 및 그 제작 방법
WO2018123752A1 (ja) 2016-12-26 2018-07-05 三井金属鉱業株式会社 水素吸蔵合金
JPWO2018123752A1 (ja) * 2016-12-26 2018-12-27 三井金属鉱業株式会社 水素吸蔵合金
US11094932B2 (en) 2016-12-26 2021-08-17 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Hydrogen storage alloy
WO2021220824A1 (ja) 2020-04-28 2021-11-04 三井金属鉱業株式会社 水素吸蔵合金
JP7014937B1 (ja) * 2020-04-28 2022-02-01 三井金属鉱業株式会社 水素吸蔵合金
JP7175372B1 (ja) 2021-12-02 2022-11-18 新日本電工株式会社 低Co水素吸蔵合金
JP2023082634A (ja) * 2021-12-02 2023-06-14 新日本電工株式会社 低Co水素吸蔵合金
JP7439316B1 (ja) 2023-03-24 2024-02-27 新日本電工株式会社 ニッケル水素電池負極用水素吸蔵合金粉末

Also Published As

Publication number Publication date
EP1652947A1 (en) 2006-05-03
JPWO2005014871A1 (ja) 2006-10-05
US20130157132A1 (en) 2013-06-20
US20060188385A1 (en) 2006-08-24
EP1652947A4 (en) 2008-06-25
US8535460B2 (en) 2013-09-17
US9219277B2 (en) 2015-12-22
CN1833039A (zh) 2006-09-13
JP3828922B2 (ja) 2006-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9219277B2 (en) Low Co hydrogen storage alloy
US8277582B2 (en) Hydrogen absorbing alloy, hydrogen absorbing alloy electrode, secondary battery, and production method of hydrogen absorbing alloy
TWI443200B (zh) 具有低pct遲滯性之氫儲存合金
JP3965209B2 (ja) 低Co水素吸蔵合金
US8021606B2 (en) Hydrogen storage alloy, its production method, hydrogen storage alloy electrode, and secondary battery
JP6608558B1 (ja) 表面処理を必要としないニッケル水素二次電池負極活物質及びニッケル水素二次電池
EP1227165B1 (en) Hydrogen-occluding alloy and process for producing the same
JP3992289B2 (ja) 低Co水素吸蔵合金
JP3834329B2 (ja) 寿命特性に優れたab5型水素吸蔵合金
JP5001809B2 (ja) 水素吸蔵合金
CN112913057A (zh) 碱性蓄电池用吸氢合金和使用该吸氢合金的碱性蓄电池
JP3944237B2 (ja) 低Co水素吸蔵合金
JP2005133193A (ja) 低Co水素吸蔵合金
US20230142372A1 (en) Hydrogen storage alloy
Dianchen et al. Electrochemical performance of La2–xSmxMg16Ni+ 200 wt.% Ni (x= 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4) alloys
JP2000144278A (ja) 水素吸蔵合金及びその製造方法
JP5342499B2 (ja) 水素吸蔵合金
Yanping et al. Phase structure and electrochemical properties of non-stoichiometric La0. 7Ce0. 3 (Ni3. 65Cu0. 75Mn0. 35Al0. 15 (Fe0. 43B0. 57) 0.10) x hydrogen storage alloys
JP2000160265A (ja) 水素吸蔵合金及びその製造方法
JP2016126837A (ja) 水素吸蔵合金ならびに負極および電池
JP5137994B2 (ja) 水素吸蔵合金の製造方法
JP2000144277A (ja) 水素吸蔵合金及びその製造方法
JP2002075347A (ja) 水素吸蔵合金
JP2016125068A (ja) 水素吸蔵合金ならびに負極および電池

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200480022752.2

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005512978

Country of ref document: JP

AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004771377

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006188385

Country of ref document: US

Ref document number: 10566433

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2004771377

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10566433

Country of ref document: US