JP2000234134A - 水素吸蔵合金及びこれを用いた電極 - Google Patents

水素吸蔵合金及びこれを用いた電極

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JP2000234134A JP11032093A JP3209399A JP2000234134A JP 2000234134 A JP2000234134 A JP 2000234134A JP 11032093 A JP11032093 A JP 11032093A JP 3209399 A JP3209399 A JP 3209399A JP 2000234134 A JP2000234134 A JP 2000234134A
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Masatoshi Ishii
政利 石井
Yasuhito Sugahara
泰人 須ヶ原
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 未処理でも長寿命かつ放電特性に優れたニッ
ケル水素二次電池用負電極用として好適な水素吸蔵合金
粉末を提供する。 【解決手段】 CaCu5型水素吸蔵合金であって、組
成式が、R1.0Nixy z(RはLaを含み70≦La
/R≦90重量%を満足する希土類金属であり、MはA
l、Co、Mn、Ti及びZrからなる一群から選ばれ
る少なくとも一種で、x、yはそれぞれRを1とした場
合の原子比を表し、3.5≦x≦4.5、0.3≦y≦
1.5、4.8≦x+y≦5.5である関係を満たす数
であり、Lは、Cr、Cu、Fe、Si、Sn及びZn
からなる一群から選ばれる少なくとも一種であり、R
1.0Nixyに対し0.1〜0.3重量%の範囲となる
量である。)で表される水素吸蔵合金粉末を負電極に使
用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特にニッケル水素
二次電池の負極に用いられる水素吸蔵合金粉末に関し、
ニッケル水素二次電池の負極に用いられたときに放電特
性、サイクル寿命特性が優れる水素吸蔵合金、及び得ら
れた電極に関する。
【0002】
【従来の技術】水素を吸蔵・放出する水素吸蔵合金が発
見されて以来、それは、水素貯蔵手段にとどまらず電池
等にも応用されているが、特にアルカリ二次電池は既に
実用化されており、用いる水素吸蔵合金も、次々に高容
量化及び長寿命化が図られてきた。即ち、当初に検討さ
れたCaCu5型結晶構造を有するLaNi5合金は、L
aの一部を、Ce、Pr、Ndその他の希土類元素に置
換し、Niの一部をAl、Co、Mn等の金属元素で置
換することによって高容量化及び長寿命化が図られてM
m−Ni−Co−Al−Mnの5元系合金が開発され
た。
【0003】ところが、このような5元系水素吸蔵合金
を電池用負電極として用いた場合には、容量を高める為
にLaを多く含む組成にすると、アルカリに対する耐腐
食性が劣化し寿命が短くなったり、寿命を良くしようと
すると容量が下がってしまい、電池の高容量化と長寿命
化を同時に満足させることは非常に困難であった。更
に、合金のコストを押さえる為にCoの含有量を少なく
すると、寿命はますます短くなるという欠点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、長寿命かつ放電特性に優れたニッケル水素二次電池
用負電極用として好適な水素吸蔵合金粉末を提供するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の欠点
を解決すべく鋭意検討した結果、CaCu5型水素吸蔵
合金であって、組成式が、R1.0NixyL(RはLa
を含み70≦La/R≦90重量%を満足する希土類金
属であり、MはAl、Co、Mn、Ti及びZrからな
る一群から選ばれる少なくとも一種で、x、yはそれぞ
れRを1とした場合の原子比を表し、3.5≦x≦4.
5、0.3≦y≦1.5、4.8≦x+y≦5.5であ
る関係を満たす数であり、Lは、Cr、Cu、Fe、S
i、Sn及びZnからなる一群から選ばれる少なくとも
一種であり、R1.0Nixyに対し0.1〜0.3重量
%の範囲となる量である。)で表される水素吸蔵合金粉
末を負電極に使用した場合には、二次電池の放電容量を
低下させることなく、サイクル寿命特性を向上させるこ
とができるということを見出し、本発明に到達した。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の水素吸蔵合金粉末は、サ
イクル寿命を向上させるために、R1.0Nixyに対
し、Cr、Cu、Fe、Si、Sn及びZnからなる一
群から選ばれる少なくとも一種を、0.10〜0.30
重量%含むが、特に0.18〜0.22重量%配合させ
ることが好ましい。水素吸蔵合金粉末をNi水素二次電
池の負極に使用した場合、強アルカリ電解液中で作用す
るため、粉末の表面が腐食され、反応が進むに従い、特
に正極よりの酸素によって、水素吸蔵合金中のNiが酸
化され、負極としての機能が低下してしまう。水素吸蔵
合金中に本発明の添加金属成分を微量含むことにより、
水素吸蔵合金中に添加金属成分が均一に、あるいは点在
して均一に分布しており、反応が進行して新たな反応面
が出現しても、常に表面に存在し、表面の腐食を抑制
し、均一に存在するNiの酸化を防止する。添加金属成
分の含有量が0.10重量%より少ないと効果が十分で
なく、0.30重量%より多いと、水素の吸蔵放出反応
が阻害される。本発明では、添加金属としてCr、C
u、Fe、Si、Sn及びZnからなる一群から選ばれ
る少なくとも一種を用いることが好ましく、更には、C
r、Feを用いることが好ましいが、特に0.18〜
0.22重量%含むことが好ましい。
【0007】また、水素吸蔵合金中の希土類元素混合物
Rは、水素吸蔵量を多くするために、R中のLaを70
重量%以上90重量%以下とすることが好ましく、その
他の元素としてはLa以外の希土類元素から選ばれ、例
えばCe、Pr、Nd等が挙げられる。好ましくは、そ
の他の元素としては、アルカリ溶液に対する耐蝕性向上
のためCe、Pr及びNdからなる一群から選ばれる少
なくとも一種を10〜30重量%程度含み、特に耐蝕性
の点からCeを5〜20重量%含むものである。更に好
ましくは、Ceの量を、Pr、Ndの合計量より多くす
ることにより、サイクル寿命が良好となる。
【0008】本発明のRNi5系の水素吸蔵合金は、サ
イクル寿命を良好とする観点から、Niの一部がAlで
置換されると共に、Mnによって置換されたものである
ことが好ましく、更に、Coで置換されたものであるこ
とが好ましい。従って、本発明のR1.0Nixyにおい
て、MはRに対し原子比0.3〜1.5の範囲でAl、C
o、Mn、Ti及びZrを単独又は複合させて用いるこ
とができる。Mを0.3未満にすると、電池としての容
量が得られず、寿命が低下する。1.5を超えると、水
素吸蔵量が低下する。本発明では、Mの中で特にCoを
Rに対して原子比で0.2〜0.8用いることにより、
寿命特性が向上する。
【0009】本発明においては、前記した組成の金属元
素の混合物をアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で合金の
融点以上で高周波溶解炉、アーク溶解炉を用いて溶解
し、徐冷することにより、水素吸蔵合金塊を得、真空下
または不活性ガス雰囲気下で800〜1200℃で3〜
20時間熱処理してもよい。これをボールミル、ジェッ
トミル等を用いて機械粉砕または水素化粉砕して平均粒
径5〜50μmの水素吸蔵合金を得る。また、本発明の
水素吸蔵合金はロール急冷、アトマイズ法等の急冷法に
より、水素吸蔵合金溶湯を凝固させてもよい。
【0010】さらに本発明の合金粉末を水酸化カリウム
等のアルカリ溶液、塩酸等の酸性溶液等で表面処理を施
し、活性化させたり、Ni、Co等の遷移金属等で合金
表面に該層を形成させ電気的接触の向上や触媒能の向上
を図ってもよい。
【0011】このように得られた合金を電池用負電極と
して製造する。本発明の電極は例えばポリビニルアルコ
ール、カルボキシメチルセルロース等のセルロース類、
PTFE、高分子ラテックス等のバインダーを本発明の
水素吸蔵合金に対し0.1〜20重量%用いてペースト
化し、必要によりカーボン、グラファイト、Ni、Cu
粉末等の導電助剤を0.5〜10重量%添加し、パンチ
ング、発泡ニッケルメタル、ニッケル繊維体等の集電支
持体に充填、塗布することにより容易に得ることができ
る。
【0012】本発明の水素吸蔵合金は上記した如く、ア
ルカリ蓄電池用の電極として用いた場合に、その特徴を
最も発揮することができるが、電極以外の用途として水
素貯蔵装置、ヒートポンプ等に使用することができる。
【0013】
【実施例】以下、実施例によって本発明を更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。 実施例及び比較例 La、Ce、Pr、Nd、Al、Co、Mn、Ni、C
r、Cu、Fe、Si、Sn及びZnを表1の組成にな
るように各金属元素を秤量した。それらをアルゴン雰囲
気下の高周波溶解炉で溶解し、水素吸蔵合金を得た。得
られた水素吸蔵合金をアルゴン雰囲気中1050℃で1
0時間熱処理した後、窒素雰囲気中で粉砕して、平均粒
径が32μmの水素吸蔵合金粉末を得た。
【0014】電池の作製 得られた粉末を2g採取し、3重量%のポリビニルアル
コール(重合度2000)水溶液0.5gを加えて混合
し、ペーストとした。得られたペーストを、繊維状Ni
支持体に塗着して乾燥した後加圧成型し、厚みが0.5
mmの負極を得た。ついで、酸化ニッケル正極として、
公知の方法で作製された焼結式ニッケル正極を用いると
共に、セパレータとしてポリプロピレン系不織布、電解
液として6規定の水酸化カリウム水溶液を使用し、負極
と組み合わせて負極規制の開放型ニッケル−水素二次電
池を作製し、下記のようにして高率放電特性及びサイク
ル寿命特性を測定した。
【0015】高率放電特性の評価 上記の如くして得られた電池を、20℃の一定温度下
で、180mAで5時間充電する一方、電池電圧が1.
0Vになるまで120mAの電流で放電させるサイクル
を20回繰り返し、20サイクル目の容量をC1とし、次
に同様に充電後、1800mAの電流で放電させた容量
をC2としたときの、C1に対するC2の比を高率放電特性と
して評価した。評価結果は表1に示した通りである。
【0016】サイクル寿命特性の評価(劣化率の評価) 上記の如くして得られた電池を、20℃の一定温度下
で、180mAで5時間充電する一方、電池電圧が1.
0Vになるまで120mAの電流で放電させるサイクル
を繰り返して、100サイクル時の放電容量の低下を1
サイクル当たりの劣化率として評価した。評価結果は表
1に示した通りである。
【0017】実施例1〜5、10、11及び比較例3、
4、6、8の結果から、微量金属元素の添加により本発
明の水素吸蔵合金粉末は、ニッケル水素二次電池の負極
に用いた場合、サイクル寿命が良好であることが実証さ
れている。実施例1、6、7、及び比較例5と9より、
R中のLaが70重量%以上90重量%以下とした場
合、放電容量が高く、高率放電特性にすぐれ、サイクル
寿命の良好な電極が得られることが判明した。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、放電容量が大きく、高
率放電特性に優れ、かつサイクル特性において寿命劣化
の降下が著しく抑えることができる水素吸蔵合金及びニ
ッケル−水素二次電池が得られるものである。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K018 AA11 AD20 BA05 BD07 KA38 5H003 AA04 BB02 BC01 BD00 BD04 5H016 AA01 EE01 HH00 HH01 5H028 AA01 EE01 HH00 HH01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式 R1.0NixyL (式中、Rは、少なくともLaを含む希土類金属混合物
    を表し、該Laを70〜90重量%を含み、Mは、A
    l、Co、Mn、Ti及びZrからなる一群から選ばれ
    る少なくとも一種である。x、yはそれぞれRに対する
    原子比を表し、xは3.5〜4.5の正数であり、yは
    0.3〜1.5の正数であり、xとyの和が4.8〜
    5.5である。Lは、Cr、Cu、Fe、Si、Sn及
    びZnからなる一群から選ばれる少なくとも一種であ
    り、R1.0Nixyに対して0.1〜0.3重量%の範囲
    となる量である。)で表される水素吸蔵合金。
  2. 【請求項2】 上記Rが、Ceを5〜20重量%を含む
    請求項1に記載の水素吸蔵合金。
  3. 【請求項3】 上記Rが、Ce、Pr及びNdを含み、
    該Ceの含有重量%が、該Prと該Ndの含有重量%の
    和より大きいか又は同一である請求項1又は請求項2に
    記載の水素吸蔵合金。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の水素吸
    蔵合金を用いた電極。
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