JPH11250905A - ニッケル‐水素電池 - Google Patents
ニッケル‐水素電池Info
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- JPH11250905A JPH11250905A JP10049824A JP4982498A JPH11250905A JP H11250905 A JPH11250905 A JP H11250905A JP 10049824 A JP10049824 A JP 10049824A JP 4982498 A JP4982498 A JP 4982498A JP H11250905 A JPH11250905 A JP H11250905A
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- JP
- Japan
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- nickel
- type
- hydrogen storage
- storage alloy
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気化学特性を有し、しかも長寿命、高耐久
性の新規なニッケル‐水素電池を提供する。 【解決手段】 負極として(a)AB2型、AB型及び
BCC型ニッケル含有水素吸蔵合金の中から選ばれた少
なくとも1種のニッケル含有水素吸蔵合金のフッ化処理
物、(b)少なくとも1種のAB5型ニッケル含有水素
吸蔵合金のフッ化処理物及び所望に応じフッ化処理した
カーボンブラックとからなるニッケル含有水素吸蔵合金
電極を用いたニッケル‐水素電池とする。
性の新規なニッケル‐水素電池を提供する。 【解決手段】 負極として(a)AB2型、AB型及び
BCC型ニッケル含有水素吸蔵合金の中から選ばれた少
なくとも1種のニッケル含有水素吸蔵合金のフッ化処理
物、(b)少なくとも1種のAB5型ニッケル含有水素
吸蔵合金のフッ化処理物及び所望に応じフッ化処理した
カーボンブラックとからなるニッケル含有水素吸蔵合金
電極を用いたニッケル‐水素電池とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、負極として高放電
電流条件下において高い放電容量を維持しうる水素吸蔵
電極を用いることにより、長期間にわたって安定した出
力を持続したニッケル‐水素電池に関するものである。
電流条件下において高い放電容量を維持しうる水素吸蔵
電極を用いることにより、長期間にわたって安定した出
力を持続したニッケル‐水素電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】これまで、二次電池としては、アルカリ
蓄電池が汎用されている。そして、このアルカリ蓄電池
の正極としては、空気電極や酸化銀電極が検討されてい
るが、ほとんどの場合、オキシ水酸化ニッケルを活物質
とするニッケル電極が用いられてきた。これらの電池で
は、ニッケル電極をポケット型から焼結型に変えること
により電気特性が向上し、さらに密閉可能な構造とする
ことが可能になっている。一方、負極としては、従来カ
ドミウム電極が主体であったが、公害防止上、カドミウ
ムの使用が制限され、また一層高エネルギー密度に対す
る要求が高まってきた結果、水素吸蔵合金を用いたニッ
ケル‐水素電池が注目され、小型機器、移動用機器、電
気自動車及びハイブリッド車のエネルギー源として利用
されるようになっている。
蓄電池が汎用されている。そして、このアルカリ蓄電池
の正極としては、空気電極や酸化銀電極が検討されてい
るが、ほとんどの場合、オキシ水酸化ニッケルを活物質
とするニッケル電極が用いられてきた。これらの電池で
は、ニッケル電極をポケット型から焼結型に変えること
により電気特性が向上し、さらに密閉可能な構造とする
ことが可能になっている。一方、負極としては、従来カ
ドミウム電極が主体であったが、公害防止上、カドミウ
ムの使用が制限され、また一層高エネルギー密度に対す
る要求が高まってきた結果、水素吸蔵合金を用いたニッ
ケル‐水素電池が注目され、小型機器、移動用機器、電
気自動車及びハイブリッド車のエネルギー源として利用
されるようになっている。
【0003】ところで、この水素吸蔵合金としては、水
素との反応により水素化物を形成しやすい金属種A、例
えばランタン、チタニウム、ジルコニウムなどと、水素
化物を形成しにくい金属種、例えばニッケル、マンガ
ン、コバルトなどからなるAB5型、AB2型、AB型の
ものやBCC型(体心立方結晶構造)のものが知られて
いる。
素との反応により水素化物を形成しやすい金属種A、例
えばランタン、チタニウム、ジルコニウムなどと、水素
化物を形成しにくい金属種、例えばニッケル、マンガ
ン、コバルトなどからなるAB5型、AB2型、AB型の
ものやBCC型(体心立方結晶構造)のものが知られて
いる。
【0004】これらの水素吸蔵合金の中で、AB5型に
属するLaNi5合金は優れた水素貯蔵特性を示すが、
最大の欠点は極めて高価なことである。したがって、最
近では、実用的な水素吸蔵合金として、レアメタルの混
合体であるミッシュメタルを含むミッシュメタル‐ニッ
ケル系合金が主流となっている。しかしながら、このミ
ッシュメタル‐ニッケル系合金は、LaNi5合金に比
べて安価であるものの、その水素貯蔵容量や放電容量
を、LaNi5合金の理論容量より高くすることができ
ないという欠点がある。
属するLaNi5合金は優れた水素貯蔵特性を示すが、
最大の欠点は極めて高価なことである。したがって、最
近では、実用的な水素吸蔵合金として、レアメタルの混
合体であるミッシュメタルを含むミッシュメタル‐ニッ
ケル系合金が主流となっている。しかしながら、このミ
ッシュメタル‐ニッケル系合金は、LaNi5合金に比
べて安価であるものの、その水素貯蔵容量や放電容量
を、LaNi5合金の理論容量より高くすることができ
ないという欠点がある。
【0005】他方、AB2型、AB型及びBCC型ニッ
ケル含有水素吸蔵合金は、小型、小容量二次電池の性能
向上と、大容量、大型電池化への鍵を握る電極材料とし
て期待されながら、被毒性が高い上に、表面にち密な酸
化物を形成して水素透過抵抗を増大するため、これまで
実用化されなかった。
ケル含有水素吸蔵合金は、小型、小容量二次電池の性能
向上と、大容量、大型電池化への鍵を握る電極材料とし
て期待されながら、被毒性が高い上に、表面にち密な酸
化物を形成して水素透過抵抗を増大するため、これまで
実用化されなかった。
【0006】また、これらのAB2型、AB型及びBC
C型ニッケル含有水素吸蔵合金は、一般に水素吸蔵量は
大きいが、二次電池として用いる場合、元来、合金中に
占めるニッケル含有量が少ないため、イオン状水素(プ
ロトン)と単原子状水素(プロチウム)間の転換に触媒
的に作用し、電子の透過を促進させる機能に乏しいとい
う欠点があった。
C型ニッケル含有水素吸蔵合金は、一般に水素吸蔵量は
大きいが、二次電池として用いる場合、元来、合金中に
占めるニッケル含有量が少ないため、イオン状水素(プ
ロトン)と単原子状水素(プロチウム)間の転換に触媒
的に作用し、電子の透過を促進させる機能に乏しいとい
う欠点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のニッ
ケル‐水素電池がもつ欠点を克服し、電気化学特性を有
し、しかも長寿命、高耐久性の新規なニッケル‐水素電
池を提供することを目的としてなされたものである。
ケル‐水素電池がもつ欠点を克服し、電気化学特性を有
し、しかも長寿命、高耐久性の新規なニッケル‐水素電
池を提供することを目的としてなされたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ニッケル‐
水素電池の負極として用いる水素吸蔵合金の電気的特性
を向上させるために、鋭意研究を重ねた結果、この水素
吸蔵合金の低い初期放電容量や、高率放電時の放電容量
の急激な低下が、水素吸蔵合金の原子状水素及び電子に
対する大きい内部抵抗に起因すること、この内部抵抗
は、AB2型、AB型又はBCC型ニッケル含有水素吸
蔵合金のフッ化処理物とAB5型水素吸蔵合金のフッ化
処理物を混合し、あるいはこれにさらにフッ化処理した
カーボンブラックを配合した材料を用いることにより解
消することができ、したがってこれにより、ニッケル‐
水素電池の負極としての電気的特性が著しく向上するこ
とを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至っ
た。
水素電池の負極として用いる水素吸蔵合金の電気的特性
を向上させるために、鋭意研究を重ねた結果、この水素
吸蔵合金の低い初期放電容量や、高率放電時の放電容量
の急激な低下が、水素吸蔵合金の原子状水素及び電子に
対する大きい内部抵抗に起因すること、この内部抵抗
は、AB2型、AB型又はBCC型ニッケル含有水素吸
蔵合金のフッ化処理物とAB5型水素吸蔵合金のフッ化
処理物を混合し、あるいはこれにさらにフッ化処理した
カーボンブラックを配合した材料を用いることにより解
消することができ、したがってこれにより、ニッケル‐
水素電池の負極としての電気的特性が著しく向上するこ
とを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至っ
た。
【0009】すなわち、本発明は、負極として(a)A
B2型、AB型及びBCC型ニッケル含有水素吸蔵合金
の中から選ばれた少なくとも1種のニッケル含有水素吸
蔵合金のフッ化処理物、(b)少なくとも1種のAB5
型ニッケル含有水素吸蔵合金のフッ化処理物及び所望に
応じフッ化処理したカーボンブラックとからなるニッケ
ル含有水素吸蔵合金電極を用いたことを特徴とするニッ
ケル‐水素電池を提供するものである。
B2型、AB型及びBCC型ニッケル含有水素吸蔵合金
の中から選ばれた少なくとも1種のニッケル含有水素吸
蔵合金のフッ化処理物、(b)少なくとも1種のAB5
型ニッケル含有水素吸蔵合金のフッ化処理物及び所望に
応じフッ化処理したカーボンブラックとからなるニッケ
ル含有水素吸蔵合金電極を用いたことを特徴とするニッ
ケル‐水素電池を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】次に添付図面に従って、本発明の
実施の形態の1例を説明する。図1は本発明のニッケル
‐水素電池の構造を示す一部切欠した斜視図であって、
有底円筒形ケース1の内部には、水素吸蔵合金膜からな
る負極板2とニッケルからなる正極板3とがセパレータ
4を介して積層され、全体として円柱を形成している。
ケース1の上部は、封口板5により密閉され、その中央
部には安全弁6を介してキャップ7が取り付けられてい
る。そして、このケース1内には、アルカリ水溶液が充
填されている。
実施の形態の1例を説明する。図1は本発明のニッケル
‐水素電池の構造を示す一部切欠した斜視図であって、
有底円筒形ケース1の内部には、水素吸蔵合金膜からな
る負極板2とニッケルからなる正極板3とがセパレータ
4を介して積層され、全体として円柱を形成している。
ケース1の上部は、封口板5により密閉され、その中央
部には安全弁6を介してキャップ7が取り付けられてい
る。そして、このケース1内には、アルカリ水溶液が充
填されている。
【0011】本発明における正極の材料としては、通常
のニッケル‐カドミウム電極や従来のニッケル‐水素電
池における正極と同じもの、例えばニッケル発泡体を用
いることができるが、負極の材料としては、(a)AB
2型、AB型又はBCC型ニッケル含有水素吸蔵合金の
中から選ばれた少なくとも1種のニッケル含有水素吸蔵
合金のフッ化処理物と、(b)少なくとも1種のAB5
型ニッケル含有水素吸蔵合金のフッ化処理物とからなる
水素吸蔵材料を用いることが必要である。
のニッケル‐カドミウム電極や従来のニッケル‐水素電
池における正極と同じもの、例えばニッケル発泡体を用
いることができるが、負極の材料としては、(a)AB
2型、AB型又はBCC型ニッケル含有水素吸蔵合金の
中から選ばれた少なくとも1種のニッケル含有水素吸蔵
合金のフッ化処理物と、(b)少なくとも1種のAB5
型ニッケル含有水素吸蔵合金のフッ化処理物とからなる
水素吸蔵材料を用いることが必要である。
【0012】この水素吸蔵材料の(a)成分としては、
ニッケルを成分として含むAB2型、AB型又はBCC
型水素吸蔵合金のフッ化処理物が用いられる。このAB
2型ニッケル含有水素吸蔵合金の例としては、NiT
i2、NiMg2、NiZr2やこれらの構成金属の一部
が他の金属、例えばAl、Co、Cr、Cu、Fe、L
a、Mg、Mn、Nb、Si、V、Zn、Zrなどで置
換されたものを挙げることができる。また、AB型ニッ
ケル含有水素吸蔵合金の例としては、TiNi、ZrN
i、VNi、NbNi、MmNi(ただしMmはミッシ
ュメタル)やこれらの構成金属の一部が他の金属例えば
Al、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、M
o、V、Zn、Zrなどから選ばれた少なくとも1種の
構成金属以外の金属で置換されたものを挙げることがで
きる。
ニッケルを成分として含むAB2型、AB型又はBCC
型水素吸蔵合金のフッ化処理物が用いられる。このAB
2型ニッケル含有水素吸蔵合金の例としては、NiT
i2、NiMg2、NiZr2やこれらの構成金属の一部
が他の金属、例えばAl、Co、Cr、Cu、Fe、L
a、Mg、Mn、Nb、Si、V、Zn、Zrなどで置
換されたものを挙げることができる。また、AB型ニッ
ケル含有水素吸蔵合金の例としては、TiNi、ZrN
i、VNi、NbNi、MmNi(ただしMmはミッシ
ュメタル)やこれらの構成金属の一部が他の金属例えば
Al、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、M
o、V、Zn、Zrなどから選ばれた少なくとも1種の
構成金属以外の金属で置換されたものを挙げることがで
きる。
【0013】そのほか、AB型とAB2型との混合型と
して、TiNi・TiNi2やその中のNiの一部が
V、Zr、Cr、Mn、Co、Cu、Feなどで置換さ
れたもの、一般式Ti1-yZryNix(ただし、0.5
≦x≦1.45、0≦y≦1)で表わされるものも用い
ることができる。さらに、BCC型ニッケル含有水素吸
蔵合金の例としては、六方晶系TiAl合金や六方晶系
MgZn2合金の構成金属の一部をNiで置換したもの
がある。
して、TiNi・TiNi2やその中のNiの一部が
V、Zr、Cr、Mn、Co、Cu、Feなどで置換さ
れたもの、一般式Ti1-yZryNix(ただし、0.5
≦x≦1.45、0≦y≦1)で表わされるものも用い
ることができる。さらに、BCC型ニッケル含有水素吸
蔵合金の例としては、六方晶系TiAl合金や六方晶系
MgZn2合金の構成金属の一部をNiで置換したもの
がある。
【0014】一般に、水素吸蔵合金の各金属成分A,B
の原子比は必ずしも1:2、1:1などの整数比になっ
ているとは限らず、±0.3の範囲内で変動している場
合があるが、このようなものも本発明において用いるこ
とができる。
の原子比は必ずしも1:2、1:1などの整数比になっ
ているとは限らず、±0.3の範囲内で変動している場
合があるが、このようなものも本発明において用いるこ
とができる。
【0015】これらの水素吸蔵合金の好適な組成例とし
ては、Fe0.8Mn0.2Zr0.05Ti、Fe0.8Mn0.18A
l0.02Ni0.05Ti、Ti0.5Zr0.5Mn0.8Cr0.8N
i0.4、Ti0.5Zr0.5Mn0.5Cr0.5Ni、Ti0.5Z
r0.5V0.75Ni1.25、Ti0.5Zr0.5V0.5Ni1.5、N
i0.95Fe0.8Mn0.2Zr0.05Ti2、Ni0.95Fe0.8
Mn0.18Al0.02Zr0.05Ti、Zr0.9Ti0.1V0.2
Co0.1Mn0.6Ni1.1、ZrMn0.6Cr0.2Ni1.2、
ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2、ZrV0.4Ni 1.6、
Ti0.17Zr0.16V0.22Ni0.39Cr0.07、ZrNi
1.43、Ti0.5Zr0.5(V0.375Ni0.625)2などを挙げ
ることができる。
ては、Fe0.8Mn0.2Zr0.05Ti、Fe0.8Mn0.18A
l0.02Ni0.05Ti、Ti0.5Zr0.5Mn0.8Cr0.8N
i0.4、Ti0.5Zr0.5Mn0.5Cr0.5Ni、Ti0.5Z
r0.5V0.75Ni1.25、Ti0.5Zr0.5V0.5Ni1.5、N
i0.95Fe0.8Mn0.2Zr0.05Ti2、Ni0.95Fe0.8
Mn0.18Al0.02Zr0.05Ti、Zr0.9Ti0.1V0.2
Co0.1Mn0.6Ni1.1、ZrMn0.6Cr0.2Ni1.2、
ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2、ZrV0.4Ni 1.6、
Ti0.17Zr0.16V0.22Ni0.39Cr0.07、ZrNi
1.43、Ti0.5Zr0.5(V0.375Ni0.625)2などを挙げ
ることができる。
【0016】これらのAB2型、AB型又はBCC型ニ
ッケル含有水素吸蔵合金は、一般に水素吸蔵力は大きい
が、二次電池電極材料として用いる場合、元来、合金成
分に占めるニッケルの含有量が少ないため、イオン状水
素(プロトン)と単原子状水素(プロチウム)間の転換
に触媒的に作用し、電子(エレクトロン)の透過を促進
させる機能に乏しいという欠点があった。
ッケル含有水素吸蔵合金は、一般に水素吸蔵力は大きい
が、二次電池電極材料として用いる場合、元来、合金成
分に占めるニッケルの含有量が少ないため、イオン状水
素(プロトン)と単原子状水素(プロチウム)間の転換
に触媒的に作用し、電子(エレクトロン)の透過を促進
させる機能に乏しいという欠点があった。
【0017】次に、(b)成分としては、ニッケルを成
分として含む、AB5型水素吸蔵合金のフッ化処理物が
用いられる。このAB5型ニッケル含有水素吸蔵合金と
しては、La1-xMmxNi5(ただしxは0≦x≦1の
数)、Ca1-xMmxNi5(ただしxは0<x<1)、
MmMx(ただしMはNi、Co、Mn、Al、4.5
5≦x≦4.76)、Ca1-xMgxNiy(ただし、0
<x≦0.27、3.8≦y≦5.2)、Ca1-xLax
Ni5-(y+z)AlyCoz(ただし、0.5≦x≦0.
9、0≦y≦0.4、0≦z≦0.4、0<y+z≦
4)及びこれらの構成金属の一部を他の金属例えばA
l、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、M
o、V、Zn、Zrなどから選ばれた少なくとも1種の
構成金属以外の金属で置き換えたものがある。これらの
水素吸蔵合金についても各金属成分A,Bの原子比は必
ずしも1:5の整数比になっているとは限らず、±0.
3の範囲内で変動している場合があるが、このようなも
のも本発明において用いることができる。
分として含む、AB5型水素吸蔵合金のフッ化処理物が
用いられる。このAB5型ニッケル含有水素吸蔵合金と
しては、La1-xMmxNi5(ただしxは0≦x≦1の
数)、Ca1-xMmxNi5(ただしxは0<x<1)、
MmMx(ただしMはNi、Co、Mn、Al、4.5
5≦x≦4.76)、Ca1-xMgxNiy(ただし、0
<x≦0.27、3.8≦y≦5.2)、Ca1-xLax
Ni5-(y+z)AlyCoz(ただし、0.5≦x≦0.
9、0≦y≦0.4、0≦z≦0.4、0<y+z≦
4)及びこれらの構成金属の一部を他の金属例えばA
l、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、M
o、V、Zn、Zrなどから選ばれた少なくとも1種の
構成金属以外の金属で置き換えたものがある。これらの
水素吸蔵合金についても各金属成分A,Bの原子比は必
ずしも1:5の整数比になっているとは限らず、±0.
3の範囲内で変動している場合があるが、このようなも
のも本発明において用いることができる。
【0018】このようなニッケル含有水素吸蔵合金の中
で好ましいLaNi5系のものの例として、LaNi5、
LaNi4Cu、LaNi4Al、LaNi2.5Co2.5、
LaNi2.5Co2.4Al0.1、LaNi4.7Al0.3、La
0.9Zr0.1Ni4.5Al0.5、La0.8Nd0.2Ni2C
o3、La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Al0.1、La0.8
Nd0.15Zr0.05Ni3.8Co0.7Al0.5、La0.7Nd
0.2Ti0.1Ni2.5Co2.4Al0.1、La0.8Nd0.2N
i2.5Co2.4Si0.1、La0.8Ce0.2Ni5、La0.6
Ce0.4Ni5、La0.5Ce0.5Ni5、La0.6Pr0.4N
i5、La0.6Nd0.4Ni5、La0.6Pm0.4Ni5、L
a0.6Sm0.4Ni5、Ca0.4La0.6Ni5、Ca0.4L
a0.6Ni4.8Al0.1Co0.1、Ca0.8La0.2Ni4.5
Co0.5、LaNi4.7Al0.3などがある。これらの中
で特に好適なのはAB5のAとして希土類金属、例えば
ミッシュメタル(Mm)を含むものである。このような
ものとしては、MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3、
MmNi3.5Co0.7Al0.8、MmNi3.5Co0.8Mn
0.4Al0.3、Mm0.85Zr0.15Ni4.0Al0.8V0.2、
MmNi3.7Al0.5Fe0.7Cu0.1などがある。
で好ましいLaNi5系のものの例として、LaNi5、
LaNi4Cu、LaNi4Al、LaNi2.5Co2.5、
LaNi2.5Co2.4Al0.1、LaNi4.7Al0.3、La
0.9Zr0.1Ni4.5Al0.5、La0.8Nd0.2Ni2C
o3、La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Al0.1、La0.8
Nd0.15Zr0.05Ni3.8Co0.7Al0.5、La0.7Nd
0.2Ti0.1Ni2.5Co2.4Al0.1、La0.8Nd0.2N
i2.5Co2.4Si0.1、La0.8Ce0.2Ni5、La0.6
Ce0.4Ni5、La0.5Ce0.5Ni5、La0.6Pr0.4N
i5、La0.6Nd0.4Ni5、La0.6Pm0.4Ni5、L
a0.6Sm0.4Ni5、Ca0.4La0.6Ni5、Ca0.4L
a0.6Ni4.8Al0.1Co0.1、Ca0.8La0.2Ni4.5
Co0.5、LaNi4.7Al0.3などがある。これらの中
で特に好適なのはAB5のAとして希土類金属、例えば
ミッシュメタル(Mm)を含むものである。このような
ものとしては、MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3、
MmNi3.5Co0.7Al0.8、MmNi3.5Co0.8Mn
0.4Al0.3、Mm0.85Zr0.15Ni4.0Al0.8V0.2、
MmNi3.7Al0.5Fe0.7Cu0.1などがある。
【0019】ところで、本発明において負極として用い
る場合、上記の(a)成分及び(b)成分の水素吸蔵合
金は、いずれもフッ化処理されていることが必要であ
る。このフッ化処理は、公知の方法例えばM3AlF6、
M2TiF6、M2ZrF6(ただし、Mはカリウムやナト
リウムなどのアルカリ金属)で表わされるフッ化金属化
合物を、重量/容量比(w/v)で0.01〜0.5程
度になるように水に溶解した過飽和水溶液中に、ニッケ
ル含有水素吸蔵合金粒状体を浸せきし、常圧下0〜60
℃、好ましくは15〜40℃で0.5〜5時間保持する
方法(特開平5−213601号公報)、フッ化アルカ
リ0.2〜10.0重量%を含有し、フッ化水素によ
り、pH2.0〜6.5に調整された水溶液中に、ニッ
ケル含有水素吸蔵合金粒状体を、常圧下、0〜80℃、
好ましくは30〜60℃で1〜60分間保持する方法
(特開平9−302478号公報)によって容易に行う
ことができる。このような処理により、各合金粒子の表
面に厚さ0.01〜1μmの金属ニッケルに富む金属フ
ッ化物層が形成される。
る場合、上記の(a)成分及び(b)成分の水素吸蔵合
金は、いずれもフッ化処理されていることが必要であ
る。このフッ化処理は、公知の方法例えばM3AlF6、
M2TiF6、M2ZrF6(ただし、Mはカリウムやナト
リウムなどのアルカリ金属)で表わされるフッ化金属化
合物を、重量/容量比(w/v)で0.01〜0.5程
度になるように水に溶解した過飽和水溶液中に、ニッケ
ル含有水素吸蔵合金粒状体を浸せきし、常圧下0〜60
℃、好ましくは15〜40℃で0.5〜5時間保持する
方法(特開平5−213601号公報)、フッ化アルカ
リ0.2〜10.0重量%を含有し、フッ化水素によ
り、pH2.0〜6.5に調整された水溶液中に、ニッ
ケル含有水素吸蔵合金粒状体を、常圧下、0〜80℃、
好ましくは30〜60℃で1〜60分間保持する方法
(特開平9−302478号公報)によって容易に行う
ことができる。このような処理により、各合金粒子の表
面に厚さ0.01〜1μmの金属ニッケルに富む金属フ
ッ化物層が形成される。
【0020】このフッ化処理は、(a)成分、(b)成
分のそれぞれに別々に施したのち、両者を混合してもよ
いし、また(a)成分と(b)成分を混合したのち、そ
の混合物に施してもよい。(a)成分と(b)成分とを
あらかじめ混合して、その混合物をフッ化処理する場合
は、AB2型、AB型又はBCC型の水素吸蔵合金がニ
ッケルを含有していなくても、フッ化処理の間に、
(b)成分中のニッケルがいったん処理液中に溶出し、
これが合金各粒子の表面上でフッ化物被膜を形成するの
で、原料として用いるAB2型、AB型又はBCC型の
水素吸蔵合金は、ニッケルを含有していないものでもよ
い。この(a)成分及び(b)成分のフッ化処理された
水素吸蔵合金は、通常、平均粒径30μm以下の粒状体
として形成される。これよりも粒径が大きくなるとフッ
化処理が不十分になり、所期の効果が得られない。
分のそれぞれに別々に施したのち、両者を混合してもよ
いし、また(a)成分と(b)成分を混合したのち、そ
の混合物に施してもよい。(a)成分と(b)成分とを
あらかじめ混合して、その混合物をフッ化処理する場合
は、AB2型、AB型又はBCC型の水素吸蔵合金がニ
ッケルを含有していなくても、フッ化処理の間に、
(b)成分中のニッケルがいったん処理液中に溶出し、
これが合金各粒子の表面上でフッ化物被膜を形成するの
で、原料として用いるAB2型、AB型又はBCC型の
水素吸蔵合金は、ニッケルを含有していないものでもよ
い。この(a)成分及び(b)成分のフッ化処理された
水素吸蔵合金は、通常、平均粒径30μm以下の粒状体
として形成される。これよりも粒径が大きくなるとフッ
化処理が不十分になり、所期の効果が得られない。
【0021】このようにしてフッ化処理された水素吸蔵
合金は、その表面から酸化物が除去されると同時に表面
上に所望に応じたニッケルの分散が行われて、安定化さ
れるために、腐食、微粉末化、壊変、被毒、発火などに
対する耐性が向上し、長期間にわたって水素貯蔵性能を
持続するものとなる。
合金は、その表面から酸化物が除去されると同時に表面
上に所望に応じたニッケルの分散が行われて、安定化さ
れるために、腐食、微粉末化、壊変、被毒、発火などに
対する耐性が向上し、長期間にわたって水素貯蔵性能を
持続するものとなる。
【0022】本発明の負極として用いる場合、(a)成
分と(b)成分とは、重量比で100:1ないし1:1
00の割合で混合される。これよりも(a)成分の量が
少ないと、水素吸蔵能力や充/放電容量が不十分になる
し、これよりも(b)成分の量が少なくなると水素原子
や電子の移動抵抗の低減効果が低くなり、高速放出や高
率光電の向上が得られにくくなる。そして、(a)成分
を(b)成分に添加すれば、(b)成分のもつ水素吸蔵
能力と充/放電容量は、(a)成分の添加量に比例して
増加するため、(a)成分と(b)成分それぞれの特性
を保ったまま、(b)成分単独の場合よりも好ましい特
性を付与することができる。したがって、それらの混合
比は広い範囲で、所望の目的に応じて適宜選択すること
ができる。
分と(b)成分とは、重量比で100:1ないし1:1
00の割合で混合される。これよりも(a)成分の量が
少ないと、水素吸蔵能力や充/放電容量が不十分になる
し、これよりも(b)成分の量が少なくなると水素原子
や電子の移動抵抗の低減効果が低くなり、高速放出や高
率光電の向上が得られにくくなる。そして、(a)成分
を(b)成分に添加すれば、(b)成分のもつ水素吸蔵
能力と充/放電容量は、(a)成分の添加量に比例して
増加するため、(a)成分と(b)成分それぞれの特性
を保ったまま、(b)成分単独の場合よりも好ましい特
性を付与することができる。したがって、それらの混合
比は広い範囲で、所望の目的に応じて適宜選択すること
ができる。
【0023】次に、本発明においては、前記した(a)
成分と(b)成分に加え、さらにフッ化処理したカーボ
ンブラックを配合することにより、さらにその性能を向
上させたものとすることができる。このフッ化処理され
たカーボンブラックは、普通のカーボンブラック例えば
ファーネスカーボンブラック、チャンネルカーボンブラ
ック、アセチレンカーボンブラック、アークカーボンブ
ラックを前記した水素吸蔵合金のフッ化処理の場合と同
様にしてフッ化処理することにより得られる。
成分と(b)成分に加え、さらにフッ化処理したカーボ
ンブラックを配合することにより、さらにその性能を向
上させたものとすることができる。このフッ化処理され
たカーボンブラックは、普通のカーボンブラック例えば
ファーネスカーボンブラック、チャンネルカーボンブラ
ック、アセチレンカーボンブラック、アークカーボンブ
ラックを前記した水素吸蔵合金のフッ化処理の場合と同
様にしてフッ化処理することにより得られる。
【0024】このようなフッ化処理したカーボンブラッ
クを、(a)成分と(b)成分の合計重量に対し、1〜
10重量%の割合で配合すると、高速水素放出特性や高
率放電特性を著しく高めることができる。本発明の負極
は、このような水素吸蔵合金にバインダー2〜10重量
%の割合で加え、圧縮成形することにより作製すること
ができる。この際用いるバインダーは熱可塑性樹脂、熱
硬化性樹脂のいずれでもよいが、電解液に接触しても長
時間安定なもの、たとえばポリテトラフルオロエチレン
が好ましい。このようにして得られる電極は、優れた初
期充/放電特性、高速条件下での水素放出特性を有し、
高放電電流下で高い放電容量を維持しうる上に、充/放
電時の内部抵抗が低いという長所がある。
クを、(a)成分と(b)成分の合計重量に対し、1〜
10重量%の割合で配合すると、高速水素放出特性や高
率放電特性を著しく高めることができる。本発明の負極
は、このような水素吸蔵合金にバインダー2〜10重量
%の割合で加え、圧縮成形することにより作製すること
ができる。この際用いるバインダーは熱可塑性樹脂、熱
硬化性樹脂のいずれでもよいが、電解液に接触しても長
時間安定なもの、たとえばポリテトラフルオロエチレン
が好ましい。このようにして得られる電極は、優れた初
期充/放電特性、高速条件下での水素放出特性を有し、
高放電電流下で高い放電容量を維持しうる上に、充/放
電時の内部抵抗が低いという長所がある。
【0025】本発明のニッケル‐水素電池における電解
液としては、従来のニッケル‐カドミウム電池やニッケ
ル‐水素電池において用いられているものの中から任意
に選ぶことができ、特に制限はない。
液としては、従来のニッケル‐カドミウム電池やニッケ
ル‐水素電池において用いられているものの中から任意
に選ぶことができ、特に制限はない。
【0026】
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。
する。
【0027】なお、各例中に示したアンペア時効率(A
h)及び電圧(V)の測定は、JIS C8708−1
997に従って行った。
h)及び電圧(V)の測定は、JIS C8708−1
997に従って行った。
【0028】参考例1 AB2型合金として、Zr0.9Ti0.1V0.2Co0.1Mn
0.6Ni1.1を、AB5型合金として、LaNi4.7Al
0.3を用い、両者(重量比100:5)をそれぞれ機械
的粉砕により粒度30μmに粉砕した。次に、このよう
にして得た粒状体をジーベルト式P−c−T測定用反応
容器内に封入し、30℃で2.5MPaの水素ガスを圧
入して水素化し、次いで内部の水素を真空引きして脱気
する操作を5回繰り返したのち、室温下、この粒状体5
0gをフッ化処理液(KF 1重量%含有水溶液をHF
によりpH5に調整)1000ml中に投入し、pH値
が5.0から7.5に変化するまでかきまぜることによ
り水素吸蔵材料を調製した。
0.6Ni1.1を、AB5型合金として、LaNi4.7Al
0.3を用い、両者(重量比100:5)をそれぞれ機械
的粉砕により粒度30μmに粉砕した。次に、このよう
にして得た粒状体をジーベルト式P−c−T測定用反応
容器内に封入し、30℃で2.5MPaの水素ガスを圧
入して水素化し、次いで内部の水素を真空引きして脱気
する操作を5回繰り返したのち、室温下、この粒状体5
0gをフッ化処理液(KF 1重量%含有水溶液をHF
によりpH5に調整)1000ml中に投入し、pH値
が5.0から7.5に変化するまでかきまぜることによ
り水素吸蔵材料を調製した。
【0029】参考例2 AB型合金として、Ti0.70Zr0.30Mn0.25Ni0.55
V0.13Co0.07を、AB5型合金として、LaNi4.7A
l0.3を用い、両者(重量比100:5)をそれぞれ機
械的粉砕により粒度30μmに粉砕した。次に、このよ
うにして得た粒状体をジーベルト式P−c−T測定用反
応容器内に封入し、30℃で2.5MPaの水素ガスを
圧入して水素化し、次いで内部の水素を真空引きして脱
気する操作を5回繰り返したのち、室温下、この粒状体
50gをフッ化処理液(KF 1重量%含有水溶液をH
FによりpH5に調整)1000ml中に投入し、pH
値が5.2から7.2に変化するまでかきまぜることに
より水素吸蔵材料を調製した。
V0.13Co0.07を、AB5型合金として、LaNi4.7A
l0.3を用い、両者(重量比100:5)をそれぞれ機
械的粉砕により粒度30μmに粉砕した。次に、このよ
うにして得た粒状体をジーベルト式P−c−T測定用反
応容器内に封入し、30℃で2.5MPaの水素ガスを
圧入して水素化し、次いで内部の水素を真空引きして脱
気する操作を5回繰り返したのち、室温下、この粒状体
50gをフッ化処理液(KF 1重量%含有水溶液をH
FによりpH5に調整)1000ml中に投入し、pH
値が5.2から7.2に変化するまでかきまぜることに
より水素吸蔵材料を調製した。
【0030】実施例1、比較例1 以下のようにして図1に示す構造のニッケル‐水素電池
を製造した。すなわち、参考例1で得た水素吸蔵材料
に、カルボキシメチルセルロース(CMC)1重量%と
水適量を加えてペーストとし、これを市販のニッケルめ
っきしたパンチング鉄板に塗着し、スリットを通してロ
ーラ加圧し、平均厚さ0.4mmの水素吸蔵合金負極2
を作製した。次に正極3として市販の発泡状ニッケル電
極(600mah/cc)を、セパレータ4としてポリ
プロピレンフィルム(厚さ150μm)を用い、密閉円
筒型ニッケル電池(国際規格サブC)を構成し、電解液
として水酸化リチウム水溶液を充てんした。この電池を
30℃で1晩放置後、0.1Cで18時間充電し、0.
2Cで端子電圧0.9Vの間で放電する操作を2回繰り
返すことにより実施例1の電池を製造した。次に、比較
のために実施例1と同一組成の合金にフッ化処理を行わ
ない水素吸蔵材料を用いて負極を作製し、同じようにし
て比較例1の電池を製造した。このものの電池特性を測
定し、その結果を表1に示す。なお、表中の1C、2
C、3Cはそれぞれ1時間、2時間又は3時間の放電容
量を意味する。
を製造した。すなわち、参考例1で得た水素吸蔵材料
に、カルボキシメチルセルロース(CMC)1重量%と
水適量を加えてペーストとし、これを市販のニッケルめ
っきしたパンチング鉄板に塗着し、スリットを通してロ
ーラ加圧し、平均厚さ0.4mmの水素吸蔵合金負極2
を作製した。次に正極3として市販の発泡状ニッケル電
極(600mah/cc)を、セパレータ4としてポリ
プロピレンフィルム(厚さ150μm)を用い、密閉円
筒型ニッケル電池(国際規格サブC)を構成し、電解液
として水酸化リチウム水溶液を充てんした。この電池を
30℃で1晩放置後、0.1Cで18時間充電し、0.
2Cで端子電圧0.9Vの間で放電する操作を2回繰り
返すことにより実施例1の電池を製造した。次に、比較
のために実施例1と同一組成の合金にフッ化処理を行わ
ない水素吸蔵材料を用いて負極を作製し、同じようにし
て比較例1の電池を製造した。このものの電池特性を測
定し、その結果を表1に示す。なお、表中の1C、2
C、3Cはそれぞれ1時間、2時間又は3時間の放電容
量を意味する。
【0031】
【表1】
【0032】次に、急速充電時のガス吸収特性を調べ
た。実施例1では内圧が3kgf/cm2であったのに
対して、比較例1では負極律速になっているため、安全
弁の耐圧15kg以上になり、ガス漏れが生じ実用に耐
えられない。なお、この電池を実用レベルにするために
は充放電20回程度繰り返す必要があり、実施例1の2
サイクルに比べてはるかに実用性が劣る。また、正極や
負極からの溶出金属成分による短絡については、ニッケ
ル含有水素吸蔵合金を高温で長期間放置した場合、通常
は溶出金属がセパレータを透過するため充電不可能にな
る。実施例1と比較例1の電池について、0.2Cで放
電後、回路状態で60℃で放置したところ比較例1の電
池では2週間で0Vになるが、実施例1の電池では1か
月放置後も1Vを示した。このように、水素吸蔵合金を
フッ化処理すると、短絡を生じるような成分が溶出して
しまうため、電池構成後の放置による短絡を生じない。
た。実施例1では内圧が3kgf/cm2であったのに
対して、比較例1では負極律速になっているため、安全
弁の耐圧15kg以上になり、ガス漏れが生じ実用に耐
えられない。なお、この電池を実用レベルにするために
は充放電20回程度繰り返す必要があり、実施例1の2
サイクルに比べてはるかに実用性が劣る。また、正極や
負極からの溶出金属成分による短絡については、ニッケ
ル含有水素吸蔵合金を高温で長期間放置した場合、通常
は溶出金属がセパレータを透過するため充電不可能にな
る。実施例1と比較例1の電池について、0.2Cで放
電後、回路状態で60℃で放置したところ比較例1の電
池では2週間で0Vになるが、実施例1の電池では1か
月放置後も1Vを示した。このように、水素吸蔵合金を
フッ化処理すると、短絡を生じるような成分が溶出して
しまうため、電池構成後の放置による短絡を生じない。
【0033】実施例2、比較例2 参考例2で得た水素吸蔵材料に、カルボキシメチルセル
ロース(CMC)1重量%と水適量を加えてペーストと
し、これを市販のニッケルめっきしたパンチング鉄板に
塗着し、スリットを通してローラ加圧し、平均厚さ0.
4mmの水素吸蔵合金負極2を作製した。次に正極3と
して市販の発泡状ニッケル電極(600mah/cc)
を、セパレータ4としてポリプロピレンフィルム(厚さ
150μm)を用い、実施例1と同じ密閉円筒型ニッケ
ル電池を構成し、電解液として水酸化リチウム水溶液を
充てんした。この電池を30℃で1晩放置後、0.1C
で18時間充電し、0.2Cで端子電圧0.9Vの間で
放電する操作を2回繰り返すことにより実施例2の電池
を製造した。次に、比較のために実施例2と同一組成の
合金にフッ化処理を行わない水素吸蔵材料を用いて負極
を作製し、同じようにして比較例2の電池を製造した。
このものの電池特性を測定し、その結果を表2に示す。
ロース(CMC)1重量%と水適量を加えてペーストと
し、これを市販のニッケルめっきしたパンチング鉄板に
塗着し、スリットを通してローラ加圧し、平均厚さ0.
4mmの水素吸蔵合金負極2を作製した。次に正極3と
して市販の発泡状ニッケル電極(600mah/cc)
を、セパレータ4としてポリプロピレンフィルム(厚さ
150μm)を用い、実施例1と同じ密閉円筒型ニッケ
ル電池を構成し、電解液として水酸化リチウム水溶液を
充てんした。この電池を30℃で1晩放置後、0.1C
で18時間充電し、0.2Cで端子電圧0.9Vの間で
放電する操作を2回繰り返すことにより実施例2の電池
を製造した。次に、比較のために実施例2と同一組成の
合金にフッ化処理を行わない水素吸蔵材料を用いて負極
を作製し、同じようにして比較例2の電池を製造した。
このものの電池特性を測定し、その結果を表2に示す。
【0034】
【表2】
【0035】この表より明らかなように、実施例2の電
池は、比較例2の電池よりもはるかに優れた放電容量と
高率放電を示す。
池は、比較例2の電池よりもはるかに優れた放電容量と
高率放電を示す。
【図1】 本発明のニッケル‐水素電池の構造を示す一
部切欠した斜視図。
部切欠した斜視図。
【符号の説明】 1 ケース 2 負極板(水素吸蔵合金) 3 正極板(ニッケル) 4 セパレータ 5 封口板 6 安全弁 7 キャップ
Claims (4)
- 【請求項1】 負極として(a)AB2型、AB型及び
BCC型ニッケル含有水素吸蔵合金の中から選ばれた少
なくとも1種のニッケル含有水素吸蔵合金のフッ化処理
物と、(b)少なくとも1種のAB5型ニッケル含有水
素吸蔵合金のフッ化処理物とからなるニッケル含有水素
吸蔵合金混合物を用いたことを特徴とするニッケル‐水
素電池。 - 【請求項2】 (a)成分がフッ化処理されたAB2型
ラーベス相ニッケル含有水素吸蔵合金、フッ化処理され
たAB型チタン系ニッケル含有水素吸蔵合金、及びフッ
化処理されたAB型ジルコニウム型ニッケル含有水素吸
蔵合金の中から選ばれた少なくとも1種であり、(b)
成分がフッ化処理されたAB5型希土類系ニッケル含有
水素吸蔵合金の中から選ばれた少なくとも1種である請
求項1記載のニッケル‐水素電池。 - 【請求項3】 (a)成分と(b)成分との含有割合が
重量比で100:1ないし1:100の範囲にある請求
項2記載のニッケル‐水素電池。 - 【請求項4】 水素吸蔵合金電極が全重量に基づき1〜
10重量%のフッ化処理したカーボンブラックを含有す
る請求項1、2又は3記載のニッケル‐水素電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10049824A JPH11250905A (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | ニッケル‐水素電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10049824A JPH11250905A (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | ニッケル‐水素電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11250905A true JPH11250905A (ja) | 1999-09-17 |
Family
ID=12841860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10049824A Pending JPH11250905A (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | ニッケル‐水素電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11250905A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002367669A (ja) * | 2001-06-04 | 2002-12-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アルカリ蓄電池 |
-
1998
- 1998-03-02 JP JP10049824A patent/JPH11250905A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002367669A (ja) * | 2001-06-04 | 2002-12-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アルカリ蓄電池 |
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