JPH0763007B2 - 水素吸蔵電極の製造法 - Google Patents

水素吸蔵電極の製造法

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JPH0763007B2
JPH0763007B2 JP62126252A JP12625287A JPH0763007B2 JP H0763007 B2 JPH0763007 B2 JP H0763007B2 JP 62126252 A JP62126252 A JP 62126252A JP 12625287 A JP12625287 A JP 12625287A JP H0763007 B2 JPH0763007 B2 JP H0763007B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はニッケル・水素蓄電池等のアルカリ蓄電池の負
極に用いる水素吸蔵電極の製造方法に関するものであ
る。
従来の技術 従来この種の電極はまだ実用化には至っていないが、そ
の製法としてつぎのような方法が提案されている。すな
わち、アーク溶解炉や高周波溶解炉により水素吸蔵合金
の溶湯を作製し、高周波溶解炉の場合は鋳型に流し込ん
で自然冷却する方法、もしくはアーク溶解炉の場合は銅
ルツボ中で水冷する方法により水素吸蔵合金を作製した
後、合金塊を粗粉砕し、ついでボールミル中などで微粉
砕した粉末と結着剤との混練物を電極支持体に塗着もし
くは充填した後、加圧一体化する工程により水素吸蔵電
極を作製する方法がある。
発明が解決しようとする問題点 このような従来提案されている製造方法では、水素吸蔵
電極を負極に用い、ニッケル正極と組み合わせて密閉形
ニッケル水素蓄電池を構成した場合、現在実用化されて
いるニッケル・カドミウム蓄電池に比べ、低温での高率
放電特性に劣り、自己放電が大きいという問題があっ
た。
本発明はこのような問題点を同時に解決するもので、簡
単な製造法により、低温での高率放電特性を向上させ、
さらに自己放電を低減させることを目的とする。
問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、水素吸蔵合金の
溶湯を液体急冷法で冷却し、薄片もしくは薄帯を作製す
る工程と、これを不活性ガス中もしくは真空中で熱処理
する工程と、熱処理した薄片もしくは薄帯を微粉砕する
工程と、粉砕した粉末と結着剤との混練物を電極支持体
に塗着もしくは充填した後乾燥する工程と、前記電極に
加圧操作を施して所望の厚さにする工程を有するもので
ある。
作用 この製造法により、水素吸蔵合金における水素の吸蔵放
出に有効なCaCu5型結晶の均質部分が増大することや、
薄片もしくは薄帯を作製するため、結晶の方位配列がお
こる結果、種々の電池特性が改善される。水素吸蔵合金
中の水素の吸蔵・放出に無効な不均質相の金属は、アル
カリ電解液中での充放電の繰り返しや、比較的高温度で
保存すると溶解し、電解液中に金属イオンとして存在す
る結果、電池の自己放電速度を増大させる。
また、アーク溶解炉や高周波溶解炉で合金を溶解し、自
然冷却して水素吸蔵合金を作製すると、結晶粒の配向は
無秩序に配列している結果、合金中に吸蔵されている水
素を電気化学的に低温で高率放電する場合、固相内の水
素の拡散の遅れを生じ、過電圧が増大し、電池電圧が低
下する。
以上のことより、均質性が良好で結晶が方位配列した水
素吸蔵合金粉末から成る水素吸蔵電極を用いることによ
り、自己放電特性が良好で低温の高率放電特性に優れた
蓄電池が得られることとなる。
実 施 例 以下本発明をその実施例により説明する。液体急冷法に
は、水素吸蔵合金の溶湯を作成する高周波による溶解部
と、合金の溶湯を急冷するためのアモルファス合金を作
成されるのと同様の高速で回転する双ロール法(冷却速
度104〜105K/sec)を用いた。市販のミッシュメタルMm
(希土類元素の混合物、例えばCe45wt%,La30wt%,Nd5w
t%他の希土類元素20wt%)とNi,Al,Co,Mnの各試料をMm
Ni3.55Mn0.4Al0.3Co0.75の組成比に秤量し混合した。こ
れらの試料を前記した双ロール法により急冷の可能な高
周波炉で合金を溶解させ、高速で回転する双ロール間
(ロール間のスキマは10μm)に合金の溶湯を流し込
み、厚さ10〜15μmのMmNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75の水素
吸蔵合金の薄片を得た。この薄片を真空中(10-3〜10-4
Torr),1050℃で6時間熱処理を行った後、前記薄片を
ボールミル中で38μm以下の粉末に粉砕した。ついで1.
5wt%のポリビニルアルコール水溶液と混練し、ペース
ト状とし発泡ニッケル多孔体に充填、乾燥後、加圧操作
を施し、負極に用いる本発明の水素吸蔵電極(A)を得
た。
比較例として、前記と同様に液体急冷法で作製したMmNi
3.55Mn0.4Al0.3Co0.75の薄片を真空中で熱処理を施さず
に前述した同様な方法により作製した水素吸蔵電極
(B)および高周波溶解炉で合金を溶解した後、急冷せ
ずに自然冷却する通常の合金製造法で作製した合金を前
記と同様な方法により作製した水素吸蔵電極(C)を用
いた。
次に、酸化ニッケル正極として公知の方法で得られた発
泡式(ニッケル正極(寸法39×60×0.75mm)を用い、セ
パレータにはポリアミドの不織布、電解液に水酸化リチ
ウムを40g/溶解した比重1.30のKOH水溶液を使用し、
前記負極(寸法39×80×0.5mm)と組み合わせ、正極容
量規制になるように公称容量1000mAhの単3サイズの密
閉形ニッケル−水素蓄電池を構成した。これらの電池を
20℃の一定温度下で充電を0.1cmAで15時間、放電を0.2c
mAの条件で充放電サイクルを10サイクル行った後、低温
での高率放電特性の測定を行った。放電特性の測定は、
0.1cmAで15時間、20℃で充電した後、0℃の雰囲気中に
2時間放置し、1cmA,2cmA,3cmAの各放電率で放電を行っ
た。
第1図には、放電率と容量比率の関係を示した。容量比
率は、0℃で1.0Vまで0.2cmAの放電率で放電した容量を
100%とした。各放電率での終止電圧は1.0Vとした。第
1図から明らかなように、電極(C)を負極に用いた電
池の容量比率は3cmAで35%である。この場合、電池容量
は正極で規制されているが、負極の0℃での高率放電時
の過電圧が大きいため、電池電圧が低下し、0.2cmAの容
量に比べ高率放電時の1.0Vまでの容量が減少することに
より、容量比率が低下する。電極(C)の水素吸蔵合金
粉末は自然冷却により作製した合金塊を粉砕したもの
で、X線回折法などによる解析の結果、結晶粒の配向は
無秩序に配列している。このことから合金中の水素を0
℃で高率放電した場合、固相内の水素の拡散の遅れを生
じ、過電圧が増大する。
しかしながら、本発明の電極(A)を負極に用いた電池
の容量比率は3cmAで75%であり、電極(C)を用いた電
池に比べ2倍以上放電特性が向上していることがわか
る。電極(A)に用いた本発明の製造法で作製した粉末
は、液体急冷法で厚さ10〜15μmの薄片であり、X線回
折の結果から合金の結晶が方位配列していることから、
高率放電時に合金中に吸蔵された水素がスムーズに固相
内に拡散し、負極の過電圧が減少し、電池電圧の低下が
抑制され、0℃での高率放電特性が向上する。
また、合金の製法に熱処理の工程を含まない合金の粉末
を用いた電極(B)は、本発明の電極(A)に比べ放電
特性は劣る。液体急冷法で作製した合金は、熱処理を施
さずに電極に用いると、電極(A)に比べ放電電位の平
坦性が悪くなる。したがって、0℃での高率放電を1.0V
までの容量で比較すると電極(A)に比べ劣る。しかし
ながら、電極(B)も液体急冷法で作製しているため、
結晶は方位配列していることから、電極(C)より放電
特性は向上する。
つぎに、薄片の厚さについて検討したところ、厚さが40
〜45μmになるように作製した薄片を用いた場合、放電
特性は電極(A)より劣ることがわかった。このMmNi
3.55Mn0.4Al0.3Co0.75合金の結晶は、前述の10〜15μm
の薄片と同様に方位配列しているが、薄片の厚さが厚い
ために、0℃で3cmAの放電を行った場合に固相内の水素
拡散の過程が律速となり、放電時の過電圧が増大する結
果、電池電圧が低下する。したがって、薄片の厚さは40
μm以下が好ましい。
第2図には、前記と同じ電極(A),(B),(C)を
用いた電池の自己放電特性を調べた結果を示す。自己放
電特性は、20℃で公称容量に対して0.1cmAで150%充電
した後、45℃の雰囲気下に放置した。第2図から明らか
なように高周波溶解炉で自然冷却して作製した合金粉末
から成る電極(C)を用いた電池の自己放電は、14日間
45℃の雰囲気下で放置すると、容量維持率は12.5%とな
り、87.5%自己放電することがわかる。自然冷却により
作製した合金は、1050℃で6時間処理を施しても、組織
写真やX線回折の結果より、水素の吸蔵・放出に無効な
不均質相が存在することがわかった。この不均質相はM
n,Co,Al,Niや希土類元素から成り、これらの金属は、ア
ルカリ電解液中で充放電を繰り返した場合や、45℃の雰
囲気下で保存すると、電解液中に溶解し、金属イオンと
して存在する。したがって、これらのイオンが、自己放
電反応に関与し、自己放電速度を増大する。しかしなが
ら、本発明の電極(A)は、液体急冷法により薄片を作
成し、1050℃で6時間熱処理を施しているため、組織写
真等による観察結果から非常に均質なCaCu5型の結晶構
造となっている。したがって、充放電の繰り返しや45℃
の雰囲気下で放置しても、Mn,Al,Co,Niや希土類元素は
ほとんど溶解せず、45℃で14日間放置しても容量維持率
は75%と、電極(C)を用いた場合に比べて自己放電速
度は約1/6に減少する。本発明の製造法で作製した電極
(A)を用いた電池は、非常に優れた自己放電特性を示
す。また、液体急冷法で作製した合金に熱処理を施さな
い電極(B)を用いた場合、容量維持率は14日で50%で
あり、電極(A)より劣ることがわかる。これは、熱処
理を施さない場合は、若干不均質な相が存在する結果、
前述したように自己放電速度が増大する。熱処理温度
は、1200℃以上の温度になると合金が溶解し、800℃以
下の温度では効果がない。したがって、熱処理は800〜1
200℃の温度範囲で施すことが好ましい。
なお本実施例ではMmNi5にMn,Al,Coを置換した合金を用
いたが、LaNi5系合金,Ti系合金等の水素吸蔵合金なら同
様な効果が得られる。また、薄片の製造には、スパッタ
や蒸着等の装置を用いても同様な方位配列した合金が得
られ、高率放電特性や自己放電が改善され、上記と同様
な効果が得られる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、水素吸蔵合金を液体急冷
法で冷却した後、薄片もしくは薄帯を作製する工程と、
不活性ガス中もしくは真空中で熱処理する工程と、微粉
砕する工程と、粉末と結着剤の混練物を電極支持体に塗
着もしくは充填した後、乾燥する工程と、前記電極に加
圧操作を施し、所望の厚さにする工程を有する製造法と
することにより、高率放電特性が良好で、自己放電の少
ない、優れた電池を提供できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例で示した電池における放電率と
容量比率の関係を示す図、第2図は実施例で示した電池
における保存期間と容量維持率の関係を示す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可逆的に水素を吸蔵・放出する水素吸蔵合
    金の溶湯を液体急冷法で冷却し、薄片もしくは薄帯を作
    製する工程と、これを不活性ガス中もしくは真空中で熱
    処理する工程と、前記薄片もしくは薄帯を微粉砕する工
    程と、粉砕した粉末と結着剤との混練物を電極支持体に
    塗着もしくは充填した後乾燥する工程と、前記電極に加
    圧操作を施し、所望の厚さとする工程を有することを特
    徴とする水素吸蔵電極の製造法。
  2. 【請求項2】前記薄片もしくは薄帯の厚さが40μm以下
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の水
    素吸蔵電極の製造法。
  3. 【請求項3】前記熱処理温度が800〜1200℃の範囲であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の水素吸
    蔵電極の製造法。
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US5441826A (en) * 1993-04-28 1995-08-15 Sanyo Electric Co., Ltd. Hydrogen-absorbing alloy electrode
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US6602639B1 (en) 1997-12-26 2003-08-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Process for producing hydrogen storage alloy and process for producing hydrogen storage alloy electrode

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