JPH1025529A - 希土類元素含有水素吸蔵合金、その製造方法およびそれを用いたアルカリ蓄電池用負電極並びにアルカリ蓄電池 - Google Patents
希土類元素含有水素吸蔵合金、その製造方法およびそれを用いたアルカリ蓄電池用負電極並びにアルカリ蓄電池Info
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- JPH1025529A JPH1025529A JP9091430A JP9143097A JPH1025529A JP H1025529 A JPH1025529 A JP H1025529A JP 9091430 A JP9091430 A JP 9091430A JP 9143097 A JP9143097 A JP 9143097A JP H1025529 A JPH1025529 A JP H1025529A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温特性迄含めた各種の特性に優れた金属−
水素アルカリ蓄電池、及び、そのための負電極を提供す
ると共に、該負電極に好適な水素吸蔵合金、及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 不純物としての、非金属元素が1000
ppm以下、アルカリ金属元素の合計が10ppm以
下、アルカリ土類金属元素の合計が100ppm以下、
Mgが80ppm以下、Pbが100ppm以下、であ
る要件、及び、表面から酸素濃度が急激に減少すると共
に、表面から20nm迄の平均酸素濃度が10重量%以
下であること、並びに、水素吸蔵合金を構成するNi元
素のうち、表面から20nmまでの表面層において、酸
素と結合したNi原子が表面から急激に減少する共に、
そのNi原子に対する比率が、表面から20nmの範囲
の平均で5重量%以下であることの要件の中から選ばれ
る、少なくと1つの要件を具備することを特徴とする希
土類元素含有水素吸蔵合金。
水素アルカリ蓄電池、及び、そのための負電極を提供す
ると共に、該負電極に好適な水素吸蔵合金、及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 不純物としての、非金属元素が1000
ppm以下、アルカリ金属元素の合計が10ppm以
下、アルカリ土類金属元素の合計が100ppm以下、
Mgが80ppm以下、Pbが100ppm以下、であ
る要件、及び、表面から酸素濃度が急激に減少すると共
に、表面から20nm迄の平均酸素濃度が10重量%以
下であること、並びに、水素吸蔵合金を構成するNi元
素のうち、表面から20nmまでの表面層において、酸
素と結合したNi原子が表面から急激に減少する共に、
そのNi原子に対する比率が、表面から20nmの範囲
の平均で5重量%以下であることの要件の中から選ばれ
る、少なくと1つの要件を具備することを特徴とする希
土類元素含有水素吸蔵合金。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水素吸蔵合金に関し、特
にアルカリ蓄電池用電極として好適な水素吸蔵合金、そ
の製造方法、それを用いた負電極及びアルカリ蓄電池に
関する。
にアルカリ蓄電池用電極として好適な水素吸蔵合金、そ
の製造方法、それを用いた負電極及びアルカリ蓄電池に
関する。
【0002】
【従来技術】水素を吸蔵・放出する水素吸蔵合金が発見
されて以来、その応用が積極的になされ、特に、希土類
水素吸蔵合金を活物質とする金属−水素化物アルカリ二
次電池は、小型で大容量の携帯電子機器用電池として需
要が拡大しつつある。
されて以来、その応用が積極的になされ、特に、希土類
水素吸蔵合金を活物質とする金属−水素化物アルカリ二
次電池は、小型で大容量の携帯電子機器用電池として需
要が拡大しつつある。
【0003】この合金はLaNi5 を基本組成とするも
のであり、実用的な使用条件における充放電容量および
繰り返し充放電回数(寿命)の増加等、実用化のための
特性改善が行われている。またLaの一部をCe、P
r、Nd等の軽希土類元素によって、更にはNiの一部
をCo、Mn、Al、Cu、Fe等の金属元素で置換し
た多成分系合金が開発されている。
のであり、実用的な使用条件における充放電容量および
繰り返し充放電回数(寿命)の増加等、実用化のための
特性改善が行われている。またLaの一部をCe、P
r、Nd等の軽希土類元素によって、更にはNiの一部
をCo、Mn、Al、Cu、Fe等の金属元素で置換し
た多成分系合金が開発されている。
【0004】しかしながら、このような合金を負極活物
質に用いた電池は、携帯用電子機器の電源に要求される
使用環境条件に含まれる低温域(−20〜0℃)におけ
る放電容量が低いために、負極活物質の低温における放
電容量を大幅に改善することが望まれていた。
質に用いた電池は、携帯用電子機器の電源に要求される
使用環境条件に含まれる低温域(−20〜0℃)におけ
る放電容量が低いために、負極活物質の低温における放
電容量を大幅に改善することが望まれていた。
【0005】ところで、従来、希土類元素含有水素吸蔵
合金粉末は、多成分系(La、Ce、Pr、Nd、C
o,Ni、Mn、Al等)の構成金属元素の所定量を混
合し、高周波加熱炉によって溶解してインゴットとした
後、インゴットをアニール処理し、ついで粉砕すること
により製造されていた。
合金粉末は、多成分系(La、Ce、Pr、Nd、C
o,Ni、Mn、Al等)の構成金属元素の所定量を混
合し、高周波加熱炉によって溶解してインゴットとした
後、インゴットをアニール処理し、ついで粉砕すること
により製造されていた。
【0006】しかしながら、高周波加熱により得られた
インゴットには不純物の混入が避けられないため、上記
の如くして得られた水素吸蔵合金粉末を電極として使用
した場合には、電極としての特性が十分でなく、その改
善が要望されていた。また、前述の高周波加熱の代わり
にプラズマアーク放電法を使用することにより不純物の
混入を有効に防止する方法が提案され(特開平6−29
007号公報)、一部の電極特性は改善されたものの、
低温特性が未だ十分でない。
インゴットには不純物の混入が避けられないため、上記
の如くして得られた水素吸蔵合金粉末を電極として使用
した場合には、電極としての特性が十分でなく、その改
善が要望されていた。また、前述の高周波加熱の代わり
にプラズマアーク放電法を使用することにより不純物の
混入を有効に防止する方法が提案され(特開平6−29
007号公報)、一部の電極特性は改善されたものの、
低温特性が未だ十分でない。
【0007】そこで本発明者等は、アルカリ蓄電池用の
負電極に使用するための、不純物を低減した希土類元素
含有水素吸蔵合金について検討した。この結果、特に一
定の条件を具備させたプラズマ溶解法によって希土類元
素含有水素吸蔵合金を製造した場合には、得られた水素
吸蔵合金中の不純物が著しく減少し、それを電池用の電
極に使用した場合には、低温特性を含め、諸特性に優れ
た電極が得られることを見出し、本発明に到達した。
負電極に使用するための、不純物を低減した希土類元素
含有水素吸蔵合金について検討した。この結果、特に一
定の条件を具備させたプラズマ溶解法によって希土類元
素含有水素吸蔵合金を製造した場合には、得られた水素
吸蔵合金中の不純物が著しく減少し、それを電池用の電
極に使用した場合には、低温特性を含め、諸特性に優れ
た電極が得られることを見出し、本発明に到達した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の第1
の目的は、Mg、Cl、Pb等の不純物が有効に低減さ
れた希土類元素含有水素吸蔵合金を提供することにあ
る。本発明の第2の目的は、不純物が有効に低減され及
び/又は高硬度で、アルカリ蓄電池用負電極に適した、
希土類元素含有水素吸蔵合金の製造方法を提供すること
にある。本発明の第3の目的は、初期活性、高率放電特
性、及び低温特性等に優れたアルカリ蓄電池用負電極を
提供することにある。更に本発明の第4の目的は、高率
放電特性、初期充放電特性及び低温特性に優れたアルカ
リ蓄電池を提供することにある。
の目的は、Mg、Cl、Pb等の不純物が有効に低減さ
れた希土類元素含有水素吸蔵合金を提供することにあ
る。本発明の第2の目的は、不純物が有効に低減され及
び/又は高硬度で、アルカリ蓄電池用負電極に適した、
希土類元素含有水素吸蔵合金の製造方法を提供すること
にある。本発明の第3の目的は、初期活性、高率放電特
性、及び低温特性等に優れたアルカリ蓄電池用負電極を
提供することにある。更に本発明の第4の目的は、高率
放電特性、初期充放電特性及び低温特性に優れたアルカ
リ蓄電池を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の諸目的
は、希土類元素含有水素吸蔵合金マトリックス中に不純
物として含有される非金属元素の総量が1200ppm
以下であること、アルカリ土類金属の総量が100pp
m以下であること、Mgが80ppm以下であること、
Clが10ppm以下であること、Pbが100ppm
以下であること、表面から20nmまでの表面層におい
て、表面から酸素濃度が急激に減少すると共に表面から
20nm迄の平均酸素濃度が10重量%以下であるこ
と、水素吸蔵合金を構成するNi元素のうち、表面から
20nmまでの表面層において、酸素と結合したNi原
子が表面から急激に減少する共にそのNi原子に対する
比率が表面から20nmの範囲の平均で5重量%以下で
あること、及び、合金の表面硬さがビッカース硬度で6
00kg/mm2 以上であること、という要件の群から
選択される少なくとも一つの要件を具備することを特徴
とする水素吸蔵合金及びその製造方法によって達成され
た。
は、希土類元素含有水素吸蔵合金マトリックス中に不純
物として含有される非金属元素の総量が1200ppm
以下であること、アルカリ土類金属の総量が100pp
m以下であること、Mgが80ppm以下であること、
Clが10ppm以下であること、Pbが100ppm
以下であること、表面から20nmまでの表面層におい
て、表面から酸素濃度が急激に減少すると共に表面から
20nm迄の平均酸素濃度が10重量%以下であるこ
と、水素吸蔵合金を構成するNi元素のうち、表面から
20nmまでの表面層において、酸素と結合したNi原
子が表面から急激に減少する共にそのNi原子に対する
比率が表面から20nmの範囲の平均で5重量%以下で
あること、及び、合金の表面硬さがビッカース硬度で6
00kg/mm2 以上であること、という要件の群から
選択される少なくとも一つの要件を具備することを特徴
とする水素吸蔵合金及びその製造方法によって達成され
た。
【0010】本発明の希土類元素含有水素吸蔵合金は、
低温特性迄含めた諸電極特性の良好なアルカリ蓄電池用
電極を製造する上から、Cl元素は10ppm以下であ
ることが好ましい。非金属元素全体としては、1200
ppm以下であることが好ましく、特に1000ppm
以下であることが好ましい。尚、本発明において問題と
する非金属元素は、原料や製造工程中から混入する不純
物の非金属元素であり、その主なものは、C、O、S、
N、B、F、及びClである。特にS元素は10ppm
以下、O元素は400ppm以下、C元素は500pp
m以下、N元素は50ppm以下、B元素は10ppm
以下、F元素は10ppm以下であることが好ましい。
低温特性迄含めた諸電極特性の良好なアルカリ蓄電池用
電極を製造する上から、Cl元素は10ppm以下であ
ることが好ましい。非金属元素全体としては、1200
ppm以下であることが好ましく、特に1000ppm
以下であることが好ましい。尚、本発明において問題と
する非金属元素は、原料や製造工程中から混入する不純
物の非金属元素であり、その主なものは、C、O、S、
N、B、F、及びClである。特にS元素は10ppm
以下、O元素は400ppm以下、C元素は500pp
m以下、N元素は50ppm以下、B元素は10ppm
以下、F元素は10ppm以下であることが好ましい。
【0011】又、アルカリ土類金属やアルカリ金属及び
鉛等も主として原料中の不純物からもたらされるが、こ
れらの不純物は、後記するプラズマ溶解法を採用するこ
とにより大巾に減少させることができる。本発明におい
ては、特にMgの含有量が80ppm以下の水素吸蔵合
金を得ることができる点が特長であり、特にアルカリ土
類金属全体の含有量を100ppm以下とすることが、
アルカリ蓄電池の負電極用とする上で好ましく、また、
アルカリ金属が10ppm以下、鉛が100ppm以下
であることが好ましい。
鉛等も主として原料中の不純物からもたらされるが、こ
れらの不純物は、後記するプラズマ溶解法を採用するこ
とにより大巾に減少させることができる。本発明におい
ては、特にMgの含有量が80ppm以下の水素吸蔵合
金を得ることができる点が特長であり、特にアルカリ土
類金属全体の含有量を100ppm以下とすることが、
アルカリ蓄電池の負電極用とする上で好ましく、また、
アルカリ金属が10ppm以下、鉛が100ppm以下
であることが好ましい。
【0012】本発明の希土類含有水素吸蔵合金は、一般
式Mm(NiCoM)X で表される組成を有することが
好ましい。但し、MmはCe、La、Pr、及びNdか
ら選ばれる少なくとも一種の元素またはミッシュメタ
ル、Mは、Mn、Al、Ti、Cu及びFeから選ばれ
る少くとも1種の元素であり、Xは4.0〜6.0、好
ましくは4.5〜5.5の範囲である。Xが、この範囲
にない場合には、アルカリ蓄電池用負電極に使用したと
きの容量が低くなったりサイクル寿命が悪化する。本発
明においては、表面から20nmまでの表面層におい
て、表面から酸素濃度が急激に減少すると共に、表面か
ら20nm迄の平均酸素濃度が10重量%以下の水素吸
蔵合金粉末が容易に得られる。
式Mm(NiCoM)X で表される組成を有することが
好ましい。但し、MmはCe、La、Pr、及びNdか
ら選ばれる少なくとも一種の元素またはミッシュメタ
ル、Mは、Mn、Al、Ti、Cu及びFeから選ばれ
る少くとも1種の元素であり、Xは4.0〜6.0、好
ましくは4.5〜5.5の範囲である。Xが、この範囲
にない場合には、アルカリ蓄電池用負電極に使用したと
きの容量が低くなったりサイクル寿命が悪化する。本発
明においては、表面から20nmまでの表面層におい
て、表面から酸素濃度が急激に減少すると共に、表面か
ら20nm迄の平均酸素濃度が10重量%以下の水素吸
蔵合金粉末が容易に得られる。
【0013】次に、本発明の水素吸蔵合金の製造方法に
ついて説明する。本発明の製造方法においては多成分系
希土類元素含有水素吸蔵合金を形成するための原料のう
ち、少なくとも1部をプラズマ溶解法によって溶解させ
る。従って、全原料をプラズマ溶解法によって溶解させ
ても、例えばMmだけをプラズマ溶解法で溶解させても
良い。
ついて説明する。本発明の製造方法においては多成分系
希土類元素含有水素吸蔵合金を形成するための原料のう
ち、少なくとも1部をプラズマ溶解法によって溶解させ
る。従って、全原料をプラズマ溶解法によって溶解させ
ても、例えばMmだけをプラズマ溶解法で溶解させても
良い。
【0014】上記の如く1部だけ溶解させる場合には、
他の原料を添加し、通常の高周波溶解により、全原料を
溶解させる必要がある。また、全原料を溶解させる場合
には、原料の一部又は全部を予め高周波溶解させておい
ても良いし、全原料をプラズマ溶解させた後、更に、高
周波溶解させても良い。プラズマ溶解を2回以上繰り返
すことによって、さらに合金の特性を高めることができ
る。
他の原料を添加し、通常の高周波溶解により、全原料を
溶解させる必要がある。また、全原料を溶解させる場合
には、原料の一部又は全部を予め高周波溶解させておい
ても良いし、全原料をプラズマ溶解させた後、更に、高
周波溶解させても良い。プラズマ溶解を2回以上繰り返
すことによって、さらに合金の特性を高めることができ
る。
【0015】また、プラズマは、アルゴン及び/又はヘ
リウム雰囲気で発生させることが好ましいが、特に、ヘ
リウム雰囲気とすることが好ましい。プラズマの温度
は、たとえば10,000℃以上であるが、より高温で
あることが好ましく、その場合にはより短時間に溶湯を
形成させることができる上、溶湯温度も高くなるので好
ましい。
リウム雰囲気で発生させることが好ましいが、特に、ヘ
リウム雰囲気とすることが好ましい。プラズマの温度
は、たとえば10,000℃以上であるが、より高温で
あることが好ましく、その場合にはより短時間に溶湯を
形成させることができる上、溶湯温度も高くなるので好
ましい。
【0016】更に、プラズマの発生に際しては、トーチ
側を正極とし、溶湯側を負極とすることが好ましい。こ
のことは、溶湯を収容するハースとして、金属性水冷ハ
ースを使用することにより、容易に実施することができ
る。ハースは、特に、銅製の水冷ハースであることが余
分な不純物の混入を防止する上から好ましい。
側を正極とし、溶湯側を負極とすることが好ましい。こ
のことは、溶湯を収容するハースとして、金属性水冷ハ
ースを使用することにより、容易に実施することができ
る。ハースは、特に、銅製の水冷ハースであることが余
分な不純物の混入を防止する上から好ましい。
【0017】また、均一な合金を得るために、ハースの
周囲に高周波コイルを配し、高周波電流を流すことによ
って高周波磁界を誘導し、誘導された高周波磁界によっ
て溶湯を攪拌することが好ましい。特に、ハースの構造
を、その垂直軸線に沿って対称的に配置されたセグメン
トから構成される円筒ルツボ状の空間を有するように構
成すると共に、該ハースの外周を取り巻くように高周波
電流を流し、ハースに誘導される高周波磁界によって溶
湯を浮揚させた状態に保持することが好ましい。
周囲に高周波コイルを配し、高周波電流を流すことによ
って高周波磁界を誘導し、誘導された高周波磁界によっ
て溶湯を攪拌することが好ましい。特に、ハースの構造
を、その垂直軸線に沿って対称的に配置されたセグメン
トから構成される円筒ルツボ状の空間を有するように構
成すると共に、該ハースの外周を取り巻くように高周波
電流を流し、ハースに誘導される高周波磁界によって溶
湯を浮揚させた状態に保持することが好ましい。
【0018】上記の方法によって製造される希土類元素
含有水素吸蔵合金は、柱状組織が支配的であると共に高
密度であり、表面硬度もビッカーズ硬度で600kg/
mm2 以上である。さらに湿潤熱、ゼータ電位等におい
ても優れた表面特性を有す。また、本方法によって製造
される希土類元素含有水素吸蔵合金は、製造工程におけ
る合金の融解・凝固に際して、特徴のある熱挙動を有す
る。
含有水素吸蔵合金は、柱状組織が支配的であると共に高
密度であり、表面硬度もビッカーズ硬度で600kg/
mm2 以上である。さらに湿潤熱、ゼータ電位等におい
ても優れた表面特性を有す。また、本方法によって製造
される希土類元素含有水素吸蔵合金は、製造工程におけ
る合金の融解・凝固に際して、特徴のある熱挙動を有す
る。
【0019】更に、結晶格子の大きさが従来の合金の場
合に比較して大きく、結晶格子のc軸とa軸との格子定
数の比(c/a)の値が、従来の合金の場合より小さ
い。本発明の方法によって製造された合金は、例えば、
表面を研磨或いは化学処理等によって処理したインゴッ
トの様な塊状で、上述の諸特性を有するが、例えば、ア
ルカリ蓄電池用負電極に使用するための粉末を製造する
ためにインゴット等の塊状物を熱処理したり粉砕して粉
末とした後も、前記塊状物と同様の特性を維持する。
合に比較して大きく、結晶格子のc軸とa軸との格子定
数の比(c/a)の値が、従来の合金の場合より小さ
い。本発明の方法によって製造された合金は、例えば、
表面を研磨或いは化学処理等によって処理したインゴッ
トの様な塊状で、上述の諸特性を有するが、例えば、ア
ルカリ蓄電池用負電極に使用するための粉末を製造する
ためにインゴット等の塊状物を熱処理したり粉砕して粉
末とした後も、前記塊状物と同様の特性を維持する。
【0020】本発明の水素吸蔵合金のインゴット等の塊
状物を、公知の方法に従ってアニールし、粉砕して得た
粉末を、公知の如く少量のバインダーと混練してペース
トとし、これを電導性支持表面に塗布・乾燥させること
により、或いは、ペーストを用いて予めシートを作製し
た後、得られたシートを導電性支持体表面に圧着するこ
とにより、容易に、本発明のアルカリ蓄電池用負電極を
得ることができる。また、得られた電極を公知の如く負
電極として用いることによって、容易に本発明のアルカ
リ蓄電池を製造することができる。
状物を、公知の方法に従ってアニールし、粉砕して得た
粉末を、公知の如く少量のバインダーと混練してペース
トとし、これを電導性支持表面に塗布・乾燥させること
により、或いは、ペーストを用いて予めシートを作製し
た後、得られたシートを導電性支持体表面に圧着するこ
とにより、容易に、本発明のアルカリ蓄電池用負電極を
得ることができる。また、得られた電極を公知の如く負
電極として用いることによって、容易に本発明のアルカ
リ蓄電池を製造することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明の水素吸蔵合金は、原料の
少くとも一部を金属製水冷ハースに仕込み、ヘリウム雰
囲気中で、トーチ側を正極、合金側を負極としてプラズ
マを発生させて溶解し、必要に応じて適宜高周波溶解法
を組み合わせ、すべての原料を溶解させることによって
得ることができる。
少くとも一部を金属製水冷ハースに仕込み、ヘリウム雰
囲気中で、トーチ側を正極、合金側を負極としてプラズ
マを発生させて溶解し、必要に応じて適宜高周波溶解法
を組み合わせ、すべての原料を溶解させることによって
得ることができる。
【0022】
【発明の効果】本発明の水素吸蔵合金は、アルカリ土類
元素等の不純物含有量が少いので、これをアルカリ蓄電
池用負電極に使用することにより、低温特性や、サイク
ル特性、高率放電特性その他の特性に優れたアルカリ蓄
電池を得ることができる。
元素等の不純物含有量が少いので、これをアルカリ蓄電
池用負電極に使用することにより、低温特性や、サイク
ル特性、高率放電特性その他の特性に優れたアルカリ蓄
電池を得ることができる。
【0023】
【実施例】以下、本発明を実施例によって更に詳述する
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1.通常の高周波誘導溶解法により、Mm(N
i、Co、Mn、Al)X で表される合金を作製した。
尚、上記Xは、5.0であった。次に、水冷銅製ハース
を正極とし、プラズマトーチを負極として配したプラズ
マ発生装置内にHeガスを注入し、内圧を800Tor
rとした。
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1.通常の高周波誘導溶解法により、Mm(N
i、Co、Mn、Al)X で表される合金を作製した。
尚、上記Xは、5.0であった。次に、水冷銅製ハース
を正極とし、プラズマトーチを負極として配したプラズ
マ発生装置内にHeガスを注入し、内圧を800Tor
rとした。
【0024】前記合金を、装置に付属したフィーダー部
分から連続的に水冷銅製ハース内に仕込み、仕込まれた
合金にプラズマ流をあてて溶解させた。プラズマによっ
て溶解した溶湯を水冷銅製ハースからオーバーフローさ
せ、水冷した円筒形の銅製鋳型に流し込んで凝固させ、
水素吸蔵合金を得た。次に、得られた水素吸蔵合金塊を
機械的に粉砕し、目開きが75μmの篩にかけた。75
μm以下の水素吸蔵合金粉末中の不純物をグロー放電質
量分析法によって測定した結果は表1に示した通りであ
る。
分から連続的に水冷銅製ハース内に仕込み、仕込まれた
合金にプラズマ流をあてて溶解させた。プラズマによっ
て溶解した溶湯を水冷銅製ハースからオーバーフローさ
せ、水冷した円筒形の銅製鋳型に流し込んで凝固させ、
水素吸蔵合金を得た。次に、得られた水素吸蔵合金塊を
機械的に粉砕し、目開きが75μmの篩にかけた。75
μm以下の水素吸蔵合金粉末中の不純物をグロー放電質
量分析法によって測定した結果は表1に示した通りであ
る。
【0025】
【表1】
【0026】また、合金のビッカース硬度は630kg
/mm2 であり、XPSによって測定した合金深さ方向
の酸素の分布(図1)から、表面から20nmまでの表
面層において、表面から酸素濃度が急激に減少すること
が確認された。また、この場合における表面から20n
m迄の平均酸素濃度は6.9重量%以下であった。更
に、図2に示すように表面から20nmまでの表面層に
おいて、酸素と結合したNi原子が表面から急激に減少
することが確認された。この場合の、酸素と結合したN
i原子の全Ni原子に対する比率は、表面から20nm
の範囲の平均で2.9重量%以下であることが判明し
た。
/mm2 であり、XPSによって測定した合金深さ方向
の酸素の分布(図1)から、表面から20nmまでの表
面層において、表面から酸素濃度が急激に減少すること
が確認された。また、この場合における表面から20n
m迄の平均酸素濃度は6.9重量%以下であった。更
に、図2に示すように表面から20nmまでの表面層に
おいて、酸素と結合したNi原子が表面から急激に減少
することが確認された。この場合の、酸素と結合したN
i原子の全Ni原子に対する比率は、表面から20nm
の範囲の平均で2.9重量%以下であることが判明し
た。
【0027】比較例1.実施例1で使用した、高周波誘
導溶解により作製した、Mm(Ni、Co、Mm、A
l)xで表される合金(Xは5.0)をアルミナのルツ
ボに入れ、アルゴン300Torrの雰囲気下で再度高
周波誘導溶解し、溶湯を水冷の鉄製鋳型(平板状)に流
し込み、冷却して凝固させた。
導溶解により作製した、Mm(Ni、Co、Mm、A
l)xで表される合金(Xは5.0)をアルミナのルツ
ボに入れ、アルゴン300Torrの雰囲気下で再度高
周波誘導溶解し、溶湯を水冷の鉄製鋳型(平板状)に流
し込み、冷却して凝固させた。
【0028】得られた合金について、実施例1と同様に
して不純物の分析をした結果は表1に示した通りであ
る。また、実施例1と同様にしてビッカース硬度等を測
定した結果、ビッカース硬度は577kg/mm2 、表
面から20nm迄の平均酸素濃度は11重量%以下(図
1)、酸素と結合したNi原子が表面から急激に減少す
る共に、その全Ni原子に対する比率は、表面から20
nmの範囲の平均で6.7重量%以下であった(図
2)。
して不純物の分析をした結果は表1に示した通りであ
る。また、実施例1と同様にしてビッカース硬度等を測
定した結果、ビッカース硬度は577kg/mm2 、表
面から20nm迄の平均酸素濃度は11重量%以下(図
1)、酸素と結合したNi原子が表面から急激に減少す
る共に、その全Ni原子に対する比率は、表面から20
nmの範囲の平均で6.7重量%以下であった(図
2)。
【0029】実施例1及び比較例1の結果は、本発明の
水素吸蔵合金中の非金属等の不純物が、従来のものより
少ないこと、表面硬度が従来のものより高いこと、及
び、合金内部の酸素含有量が従来のものより少ないこと
を実証するものである。
水素吸蔵合金中の非金属等の不純物が、従来のものより
少ないこと、表面硬度が従来のものより高いこと、及
び、合金内部の酸素含有量が従来のものより少ないこと
を実証するものである。
【0030】実施例2.実施例1で得られた、75μm
以下の水素吸蔵合金粉末1.0gと、3重量%のポリビ
ニルアルコール溶液0.25gを混合してペーストを作
製し、繊維Niに充填・乾燥して本発明の水素吸蔵合金
負電極を作製した。次に、得られた負電極の両側に、ポ
リプロピレンの不織布を介して焼結式Ni正極を配し、
30%のKOH水溶液中に入れて、開放型のアルカリ蓄
電池を作製した。全く同様にして、比較例1で得られた
水素吸蔵合金を用いて比較用のアルカリ蓄電池を作製し
た。
以下の水素吸蔵合金粉末1.0gと、3重量%のポリビ
ニルアルコール溶液0.25gを混合してペーストを作
製し、繊維Niに充填・乾燥して本発明の水素吸蔵合金
負電極を作製した。次に、得られた負電極の両側に、ポ
リプロピレンの不織布を介して焼結式Ni正極を配し、
30%のKOH水溶液中に入れて、開放型のアルカリ蓄
電池を作製した。全く同様にして、比較例1で得られた
水素吸蔵合金を用いて比較用のアルカリ蓄電池を作製し
た。
【0031】得られた各電池について、90mA/gの
電流を流して5時間充電し、30分間休止した後、60
mA/gで放電電圧が0.8Vになるまで放電を行うサ
イクルを20℃で繰り返したところ、表2に示す結果が
得られた。
電流を流して5時間充電し、30分間休止した後、60
mA/gで放電電圧が0.8Vになるまで放電を行うサ
イクルを20℃で繰り返したところ、表2に示す結果が
得られた。
【表2】
【0032】次に、放電電流60mA/gを300mA
/gに変えて、20℃及び−10℃における放電容量を
測定したところ、表3に示す結果が得られた。
/gに変えて、20℃及び−10℃における放電容量を
測定したところ、表3に示す結果が得られた。
【表3】
【0033】更に放電電流60mA/gを900mA/
gに変えて高率放電特性を測定したところ、表4に示す
結果が得られた。
gに変えて高率放電特性を測定したところ、表4に示す
結果が得られた。
【表4】 尚、表中のCは、定格容量を300mAh/gと設定
し、JIS C−8705に準じて表した時間率であ
る。尚、表8、表12、表16及び表19中のCも同じ
である。
し、JIS C−8705に準じて表した時間率であ
る。尚、表8、表12、表16及び表19中のCも同じ
である。
【0034】実施例3〜5及び比較例2.不純物純度の
異なる原料を用いた他は、実施例1及び比較例1と全く
同様にして表5に示したMg及びアルカリ土類金属の不
純物濃度、並びに、ビッカース硬度の水素吸蔵合金粉末
を得た。尚、実施例3と比較例2で用いた原料は全く同
じである。
異なる原料を用いた他は、実施例1及び比較例1と全く
同様にして表5に示したMg及びアルカリ土類金属の不
純物濃度、並びに、ビッカース硬度の水素吸蔵合金粉末
を得た。尚、実施例3と比較例2で用いた原料は全く同
じである。
【0035】
【表5】 それぞれの水素吸蔵合金について実施例2と全く同様に
して評価を行った結果は、表6〜8に示した通りであ
る。
して評価を行った結果は、表6〜8に示した通りであ
る。
【表6】
【表7】
【表8】
【0036】これらの結果から、不純物としてのMgが
80ppm以下の場合に、初期活性、低温特性及び効率
放電特性に優れることが実証されている。また、実施例
3と実施例5の比較から、不純物としてのアルカリ土類
金属の合計が100ppm以下であることより、不純物
としてのMgが80ppm以下であることの方が水素吸
蔵合金性能に多大の寄与をすることが確認された。ま
た、Mgのみならず、アルカリ土類金属の合計量が少な
くなるほど、合金の硬度も高くなる傾向となることが確
認された。
80ppm以下の場合に、初期活性、低温特性及び効率
放電特性に優れることが実証されている。また、実施例
3と実施例5の比較から、不純物としてのアルカリ土類
金属の合計が100ppm以下であることより、不純物
としてのMgが80ppm以下であることの方が水素吸
蔵合金性能に多大の寄与をすることが確認された。ま
た、Mgのみならず、アルカリ土類金属の合計量が少な
くなるほど、合金の硬度も高くなる傾向となることが確
認された。
【0037】実施例6〜8及び比較例3.不純物純度の
異なる原料を用いた他は、実施例1及び比較例1と全く
同様にして表9に示した非金属元素及びアルカリ土類金
属の不純物濃度、並びに、ビッカース硬度の水素吸蔵合
金粉末を得た。尚、実施例7と比較例3で用いた原料は
全く同じである。
異なる原料を用いた他は、実施例1及び比較例1と全く
同様にして表9に示した非金属元素及びアルカリ土類金
属の不純物濃度、並びに、ビッカース硬度の水素吸蔵合
金粉末を得た。尚、実施例7と比較例3で用いた原料は
全く同じである。
【0038】
【表9】 それぞれの水素吸蔵合金について実施例2と全く同様に
して評価を行った結果は、表10〜12に示した通りで
ある。
して評価を行った結果は、表10〜12に示した通りで
ある。
【表10】
【表11】
【表12】
【0039】これらの結果から、不純物としてのアルカ
リ土類金属の合計量が100ppm以下となることが、
初期活性、低温特性及び効率放電特性に優れた水素吸蔵
合金を得るために重要であることが実証されている。ま
た、不純物としてのアルカリ土類元素の合計が100p
pmを超えても、不純物としての非金属元素の合計量が
1200ppm以下であれば、水素吸蔵合金の初期活
性、低温特性及び効率放電特性が改善されることも確認
された。更に、アルカリ土類金属の合計量が100pp
m以下であると、合金の硬度が極めて高くなること、及
び、非金属元素の含有量を少なくすることによっても硬
度を高めることのできることが実証されている。
リ土類金属の合計量が100ppm以下となることが、
初期活性、低温特性及び効率放電特性に優れた水素吸蔵
合金を得るために重要であることが実証されている。ま
た、不純物としてのアルカリ土類元素の合計が100p
pmを超えても、不純物としての非金属元素の合計量が
1200ppm以下であれば、水素吸蔵合金の初期活
性、低温特性及び効率放電特性が改善されることも確認
された。更に、アルカリ土類金属の合計量が100pp
m以下であると、合金の硬度が極めて高くなること、及
び、非金属元素の含有量を少なくすることによっても硬
度を高めることのできることが実証されている。
【0040】実施例9〜11及び比較例4.不純物純度
の異なる原料を用いた他は、実施例1及び比較例1と全
く同様にして表13に示した非金属元素及びアルカリ土
類金属の不純物濃度、並びに、ビッカース硬度の水素吸
蔵合金粉末を得た。尚、実施例9と比較例4で用いた原
料は全く同じである。
の異なる原料を用いた他は、実施例1及び比較例1と全
く同様にして表13に示した非金属元素及びアルカリ土
類金属の不純物濃度、並びに、ビッカース硬度の水素吸
蔵合金粉末を得た。尚、実施例9と比較例4で用いた原
料は全く同じである。
【0041】
【表13】 それぞれの水素吸蔵合金について実施例2と全く同様に
して評価を行った結果は、表14〜16に示した通りで
ある。
して評価を行った結果は、表14〜16に示した通りで
ある。
【表14】
【表15】
【表16】
【0042】これらの結果から、不純物としてのアルカ
リ土類金属の合計量が100ppm以下となることが、
初期活性、低温特性及び効率放電特性に優れた水素吸蔵
合金を得るために重要であることが実証されている。ま
た、不純物としてのアルカリ土類元素の合計が100p
pmを超えても、不純物としてのPbが100ppm以
下であれば、水素吸蔵合金の初期活性、低温特性及び効
率放電特性が改善されることも確認された。更に、アル
カリ土類金属の合計量が100ppm以下であると、合
金の硬度が極めて高くなること、及び、Pbの含有量を
少なくすることによっても硬度を高めることのできるこ
とが実証されている。
リ土類金属の合計量が100ppm以下となることが、
初期活性、低温特性及び効率放電特性に優れた水素吸蔵
合金を得るために重要であることが実証されている。ま
た、不純物としてのアルカリ土類元素の合計が100p
pmを超えても、不純物としてのPbが100ppm以
下であれば、水素吸蔵合金の初期活性、低温特性及び効
率放電特性が改善されることも確認された。更に、アル
カリ土類金属の合計量が100ppm以下であると、合
金の硬度が極めて高くなること、及び、Pbの含有量を
少なくすることによっても硬度を高めることのできるこ
とが実証されている。
【0043】実施例12.不純物純度の異なる原料を用
いた他は、実施例1及び比較例1と全く同様にして、C
lの不純物濃度が4.7ppmの水素吸蔵合金と11.
0ppmの水素吸蔵合金粉末を製造し、 それぞれの水
素吸蔵合金について実施例2と全く同様にして評価を行
った結果は、表17〜19に示した通りである。
いた他は、実施例1及び比較例1と全く同様にして、C
lの不純物濃度が4.7ppmの水素吸蔵合金と11.
0ppmの水素吸蔵合金粉末を製造し、 それぞれの水
素吸蔵合金について実施例2と全く同様にして評価を行
った結果は、表17〜19に示した通りである。
【0044】
【表17】
【表18】
【表19】 これらの結果から、不純物としてのClの量が10pp
m前後で、水素吸蔵合金の性能に対する影響が著しく異
なることが実証された。
m前後で、水素吸蔵合金の性能に対する影響が著しく異
なることが実証された。
【0045】実施例13.実施例3、6、9及び比較例
2、3、4で得られた水素吸蔵合金の夫々について格子
定数を測定し、c/aを図3に示した。この結果から、
本発明によって得られた水素吸蔵合金のc/aは、従来
のものより小さいことが確認された。
2、3、4で得られた水素吸蔵合金の夫々について格子
定数を測定し、c/aを図3に示した。この結果から、
本発明によって得られた水素吸蔵合金のc/aは、従来
のものより小さいことが確認された。
【図1】実施例1(実線)及び比較例1(点線)で作製
した水素吸蔵合金のXPSによる合金深さ方向の酸素濃
度分布を表すグラフである。
した水素吸蔵合金のXPSによる合金深さ方向の酸素濃
度分布を表すグラフである。
【図2】実施例1及び比較例1で作製した水素吸蔵合金
の、XPSによる合金深さ方向のNiの酸化状態を示す
グラフである。
の、XPSによる合金深さ方向のNiの酸化状態を示す
グラフである。
【図3】実施例3、6、9及び比較例2、3、4で得ら
れた水素吸蔵合金のc/aを表す図である。
れた水素吸蔵合金のc/aを表す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 秀尚 福井県武生市北府2丁目1番5号 信越化 学工業株式会社磁性材料研究所内
Claims (30)
- 【請求項1】希土類元素含有水素吸蔵合金マトリックス
中に不純物として含有される元素の内、重量換算で、M
gが80ppm以下、Clが10ppm以下、またはP
bが100ppm以下という要件の内の少なくとも1つ
の要件を具備することを特徴とする水素吸蔵合金。 - 【請求項2】希土類元素含有水素吸蔵合金マトリックス
中に不純物として含有される元素の内、アルカリ金属元
素の合計量が重量換算で10ppm以下である請求項1
に記載された水素吸蔵合金。 - 【請求項3】希土類元素含有水素吸蔵合金マトリックス
中に不純物として含有される元素の内、Mgを含むアル
カリ土類元素の総重量が重量換算で100ppm以下で
ある請求項1又は2に記載された水素吸蔵合金。 - 【請求項4】希土類元素含有水素吸蔵合金マトリックス
中に不純物として含有される元素の内、少なくとも非金
属元素の総量が重量換算で1200ppm以下である
か、アルカリ土類金属元素の総量が、重量換算で100
ppm以下である水素吸蔵合金。 - 【請求項5】希土類元素含有水素吸蔵合金マトリックス
中に不純物として含有される元素の内、S元素の重量が
10ppm以下である請求項1〜4の何れかに記載され
た水素吸蔵合金。 - 【請求項6】希土類元素含有水素吸蔵合金マトリックス
中に不純物として含有される元素の内、O元素の重量が
400ppm以下である請求項1〜5の何れかに記載さ
れた水素吸蔵合金。 - 【請求項7】希土類元素含有水素吸蔵合金マトリックス
中に不純物として含有される元素の内、C元素の重量が
500ppm以下である請求項1〜6の何れかに記載さ
れた水素吸蔵合金。 - 【請求項8】希土類元素含有水素吸蔵合金マトリックス
中に不純物として含有される元素の内、N元素の重量が
50ppm以下である請求項1〜7の何れかに記載され
た水素吸蔵合金。 - 【請求項9】希土類元素含有水素吸蔵合金マトリックス
中に不純物として含有される元素の内、B元素の重量が
10ppm以下である請求項1〜8の何れかに記載され
た水素吸蔵合金。 - 【請求項10】希土類元素含有水素吸蔵合金マトリック
ス中に不純物として含有される元素の内、F元素の重量
が10ppm以下である請求項1〜9の何れかに記載さ
れた水素吸蔵合金。 - 【請求項11】表面から20nmまでの表面層におい
て、表面から酸素濃度が急激に減少すると共に、表面か
ら20nm迄の平均酸素濃度が10重量%以下であるこ
とを特徴とする希土類元素含有水素吸蔵合金。 - 【請求項12】表面硬さがビッカース硬度で600kg
/mm2 以上であることを特徴とする希土類元素含有水
素吸蔵合金。 - 【請求項13】水素吸蔵合金を構成するNi元素のう
ち、表面から20nmまでの表面層において、酸素と結
合したNi原子が表面から急激に減少すると共に、その
Ni原子に対する比率が、表面から20nmの範囲の平
均で5重量%以下であることを特徴とする希土類元素含
有水素吸蔵合金。 - 【請求項14】組成が、一般式Mm(NiCoM)xで
表される、請求項1〜13の何れかに記載された希土類
元素含有水素吸蔵合金;但し、MmはCe、La、P
r、Ndから選ばれる少なくとも一種の希土類元素、M
はMn、Al、Cu、Fe及びTiから選ばれる少なく
とも一種の元素であり、xは4.0〜6.0の範囲であ
る。 - 【請求項15】原料の少なくとも一部をプラズマ溶解す
る工程を含むことを特徴とする、請求項1〜14の何れ
かに記載された希土類元素含有水素吸蔵合金の製造方
法。 - 【請求項16】原料のうち、少なくともミッシュメタル
をプラズマ溶解する工程を含む、請求項15に記載され
た希土類元素含有水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項17】全ての原料をプラズマ溶解する工程を含
む、請求項15に記載された希土類元素含有水素吸蔵合
金の製造方法。 - 【請求項18】全ての原料を高周波溶解した後プラズマ
溶解する工程を含む請求項15に記載された希土類元素
含有水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項19】プラズマ溶解した後高周波溶解する工程
を含む請求項15〜18の何れかに記載された希土類元
素含有水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項20】プラズマ溶解が不活性ガス雰囲気におい
てなされる、請求項15〜19の何れかに記載された希
土類元素含有水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項21】不活性ガスがアルゴンまたはヘリウムで
ある請求項20に記載された希土類元素含有水素吸蔵合
金の製造方法。 - 【請求項22】プラズマ溶解を水冷された金属製のハー
ス中で行う、請求項15〜21の何れかに記載された希
土類元素含有水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項23】溶湯を収容する金属製水冷ハースの周囲
に配置された高周波コイルに高周波電流を流し、それに
よって誘導された高周波磁界によって溶湯を攪拌する、
請求項22に記載された希土類元素含有水素吸蔵合金の
製造方法。 - 【請求項24】溶湯を収容する金属製水冷ハースが、そ
の垂直軸線に沿って対称的に配置されたセグメントから
構成される円筒ルツボ状の空間を有すると共に、該ハー
スの外周を取り巻くように高周波電流を流し、ハースに
誘導される高周波磁界によって溶湯を浮揚させた状態に
保持する、請求項23に記載された希土類元素含有水素
吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項25】プラズマ溶解を、トーチ側を正極とし溶
湯側を負極として行う、請求項15〜24の何れかに記
載された希土類元素含有水素吸蔵合金の製造方法。 - 【請求項26】請求項1〜14の何れかに記載された水
素吸蔵合金を電導性支持体上に配してなるアルカリ蓄電
池用負電極。 - 【請求項27】20℃における1サイクル〜3サイクル
迄の初期充放電サイクルでの放電容量が250mAh/
g以上である、請求項26に記載されたアルカリ蓄電池
用負電極。 - 【請求項28】20℃における3C高率放電における放
電容量が、20℃における0.2C放電における放電容
量の70%以上である、請求項26に記載されたアルカ
リ蓄電池用負電極。 - 【請求項29】−10℃における放電容量が、20℃に
おける放電容量の50%以上である、請求項26に記載
されたアルカリ蓄電池用負電極。 - 【請求項30】請求項26〜29の何れかに記載された
負電極を有してなるアルカリ蓄電池。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9091430A JPH1025529A (ja) | 1996-03-28 | 1997-03-25 | 希土類元素含有水素吸蔵合金、その製造方法およびそれを用いたアルカリ蓄電池用負電極並びにアルカリ蓄電池 |
| EP97302097A EP0798796A3 (en) | 1996-03-28 | 1997-03-26 | Rare earth element-containing hydrogen storage alloy, method of producing the same, negative electrode using said alloy, and alkaline rechargeable battery using said electrod |
| US09/313,657 US20010015243A1 (en) | 1996-03-28 | 1999-05-18 | Rare earth element-containing hydrogen storage alloy, method of producing the same, negative electrode using said alloy, and alkaline rechargeable battery using said electrode encapsulated |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-104115 | 1996-03-28 | ||
| JP10411596 | 1996-03-28 | ||
| JP9091430A JPH1025529A (ja) | 1996-03-28 | 1997-03-25 | 希土類元素含有水素吸蔵合金、その製造方法およびそれを用いたアルカリ蓄電池用負電極並びにアルカリ蓄電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1025529A true JPH1025529A (ja) | 1998-01-27 |
Family
ID=26432870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9091430A Pending JPH1025529A (ja) | 1996-03-28 | 1997-03-25 | 希土類元素含有水素吸蔵合金、その製造方法およびそれを用いたアルカリ蓄電池用負電極並びにアルカリ蓄電池 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20010015243A1 (ja) |
| EP (1) | EP0798796A3 (ja) |
| JP (1) | JPH1025529A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002063896A (ja) * | 2000-08-22 | 2002-02-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素吸蔵合金電極とそれを用いたアルカリ蓄電池 |
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| JP2007056309A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Japan Metals & Chem Co Ltd | 水素吸蔵合金とその製造方法ならびにニッケル水素二次電池 |
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