JPS5840828B2 - 水素吸蔵電極の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばアルカリ蓄電池の陰極に用いられる水
素吸蔵電極の改良に関する。

水素吸蔵電極は、水素吸蔵材を活物質とし、これを集電
体あるいは電極支持体のニッケルネット、ニッケルメッ
キした鉄のネット、あるいは三次元の網目状構造を有す
るニッケルなどの金属多孔体、いわゆる発泡金属に保持
させる構造がとられる。

モして集電体に金属ネットを用いる電極は、一般にネッ
トを中央にしてその両面に水素吸蔵材粉末を焼結により
結合する方法により製造される。

しかし、その結合力は、単体金属の焼結体のように強く
ない。

特に充放電に伴う水素の吸蔵、放出により水素吸蔵材の
体積変化が起こり、これを繰り返すと電極構成材料相互
の結合カニま弱まり、活物質の剥離、脱落が生じ、電極
容量が低下する欠点がある。

一方、発泡金属を用いる電極は、三次元の網目の中に活
物質が存在する構造で、発泡金属に水素吸蔵材粉末、あ
るいは水素吸蔵合金を形成する単体金属の混合粉末を充
填して加圧成形し、焼結温度あるいは合金化する温度で
熱処理を行って製造される。

この場合に支持体に活物質を内蔵させているので、電極
の特性と寿命は前者に比べて一段と向上する。

しかし、ここに用いられる高多孔度の発泡金属は、その
骨格の線径が約４０〜６０μと細く、熱処理によって水
素吸蔵合金あるいは単体金属の一部と反応し、発泡金属
が合金化する場合がある。

その結果、発泡金属本来の強度を消失してもろくなり、
電極に亀裂を生じたりし、電極自体の強度も低下する。

また、発泡金属が形成する合金の一部には金属水素化物
を形成するものもある。

この様な場合、電極強度は更に低下する。

従って、低電流密度での完全放電のような苛酷な条件で
の充放電を繰り返すと活物質の体積変化による応力に耐
え切れなくなり、電極の一部分が脱落してしまうことが
ある。

たとえば、活物質としてチタン−ニッケル系合金わ用い
た場合、発泡金属の材質がニッケルであれば、Ｔｉ２Ｎ
ｉ、Ｔ１Ｎｉ等の金属水素化物を形成する合金を生成す
る。

電極を切断して、その断面を観察すると、発泡金属の原
形が一部消失していることが良くわかる。

本発明は活物質の脱落がなく、長期間、苛酷な条件にお
ける充放電の可能な水素吸蔵電極を提供することを目的
とする。

本発明は、水素吸蔵材の粉末を内蔵する発泡金属の表面
、特に板状体の両面に耐電解性の金属ネットを加圧して
一体化し、電極構成材料の融点以下の温度で熱処理をし
て金属ネットを一体に結合するものである。

ここに、金属ネットにはニッケル、ステンレス鋼などが
用いられ、それらの線径は少なくとも発泡金属の骨格の
線径よりも大きく、かつあまり太くなく、網目間隔が適
度のものを用いる。

ネットの線径か細いと熱処理によって発泡金属と同様に
合金化してネ、ットによる補強効果が得られない。

また逆に太いと電極の重量および体積にネットの占める
割合が多くなり、電極の単位重量、単位体積当たりの出
力容量を低下させる。

また、網目間隔が小さいと発泡金属へのネットの食いこ
みが十分でなく、ネットの剥離を生ずる。

網目間隔が大きいと、電極表面から活物質の剥離、脱落
が起こり易く、ネットによる補強効果を得られない。

以下本発明をその実施例により説明する。

実施例 １ 市販の純度９９．５％以上のチタンとニッケルとを原子
比で２：１になるように混合する。

この試料をアルゴン雰囲気中のアーク溶解炉で合金に合
成した後、粉砕して４６μ以下の合金粉末を得た。

得られた合金粉末は主としてＴ Ｉ ２ Ｎ ｉ相から
なり、その他にはＴ１Ｎｉ相、ＴｔＮｔ３相、およびＴ
ｉ相、Ｎｉ相の単体金属から成る。

次にこの合金粉末１０ｇを材質がニッケルである大きさ
５０Ｘ５０ｍｍの発泡金属に充填し、両面に線径０．１
５ｍｍ、網目間隔１間で、発泡金属と同じ大きさのニッ
ケルネットをおき、１トン／ｄの圧力で成形して両者を
一体化させた後、真空中（１０＝ 〜１０−”Ｔｏｒｒ
、）で９５０℃の温度で３０分間熱処理を行って厚さ１
．４ｍｍの電極を得た。

この電極をＡとし、比較のためにニッケルネットを結合
せず上記と同様の条件で成形、熱処理をして得た電極を
Ｂ１またニッケルネットを電極支持体としてその両面に
合金粉末を１トン、′−の圧力で成形し、上記と同様の
条件で熱処理して得た電極をＣとする。

これらの電極を陰極とし、公知のニッケル電極を陽極と
してアルカリ蓄電池を構成し、陰極の活物質１ｇ当たり
１００ｍＡの電流で充放電を繰り返したときの放電容量
の変化を図面に示す。

なお放電は標準酸化水銀電極に対する陰極電位で７５０
ｍＶまでとし、寿命は初期１〜５サイクルの容量の１乃
以下に低下した時点とした。

放電容量は陰極活物質の単位重量当たりの値で示した。

図からも明らかな如く、本発明の電極は初期容量は比較
例に比べて多くないが、寿命特性がすぐれており、Ｃの
４倍以上、Ｂの１．５倍以上向上している。

すなわち、Ｃは活物質の電極支持体への保持が合金粒子
の焼結による結合のみであり、充放電の繰り返しで、そ
の結合力が次第に弱まり、充放電サイクルを重ねると支
持体のニッケルネットから、活物質の剥離、脱落が多く
なって、容量低下を起こし電極寿命が短い。

また、Ｂは支持体の発泡金属が活物質の合金と合金をつ
くり、強度が低下して一部亀裂を生じたものがあり、充
放電の繰り返しでその部分からの脱落が認められた。

これに対し、本発明の電極Ａは、発泡金属の両面をニッ
ケルネットで補強しているので、電極板の亀裂および補
強ネットの合金化による原形消失もない。

従って、３００サイクル以上充放電を繰り返しても活物
質の脱落はほとんど認められず、容量低下もほとんどな
く良好な特性を示している。

実施例 ２ 市販の純度９９６５％以上のチタンとニッケルの粉末と
を原子比で２：１になるように混合し、この混合粉末１
０ｇを材質がニッケルである大きさ５０Ｘ５０ｍｍの発
泡金属に充填し、両面にニッケルネットをおき、１トン
／ｄの圧力で加圧成形して一体化させた後、真空中（１
０−４〜１．０−５Ｔｏｒｒ、）で８５０℃の温度で５
時間熱処理して焼結電極を得た。

この場合ニッケルネットは線径を０、０５ ｍｍ〜０．
６ ｍｗ、網目間隔を０．１〜８ｍｍのものを用いた。

このようにして製作した電極を陰極とし、実施例１と同
じ方法で充放電試験をした。

この結果を次表に示す。

表において放電容量（Ａｈ／ｇ）は電極１ｇ当たりの容
量で、１〜１０サイクルの平均値を示す。

表に示した８種類の電極において、イはネットの線径か
細いために活物質と合金化し、大半のニッケル線が原形
を消失しており、口は充放電８０サイクルでネットの一
部が剥離し、充放電サイクルを重ねると剥離部分が次第
に広がり、活物質の脱落も多くなった。

トおよびチはネットの網目の間からの活物質の脱落があ
り、充放電サイクルを重ねることによってトの増加量は
少なか°つたが、チは多かった。

これらの結果からイ２２ロ、チネットは電極板補強の効
果をほとんど得られないことがわかる。

一方、ハ、二、ホ、への電極は３００サイクルでほとん
ど変化もなく、これらに用いたネットは効果があること
がわかる。

以上の結果より、発泡金属の両面に取り付ける金属ネッ
トの線径は発泡金属の骨格の線径の約４０〜６０μより
大きく、かつ０．５ ｍｍ以下で、ネットの網目間隔は
０．２〜５朋の範囲が補強効果および出力容量密度の両
者から適切であることがわかる。

なお実施例では水素吸蔵合金としてチタン−ニッケル系
合金を用いたが、発泡金属と合金を生成する、他の水素
吸蔵合金、例えば、Ｌａ Ｎｉ５ 。

Ｍｍ Ｎｉ、 、 ＴｉＦｅ、Ｍｇ２Ｎｉも適用するこ
とができる。

また、金属ネットの材質も、導電性、アルカリ電解液を
有するニッケルメッキした鉄、ニッケルメッキした銅、
あるいは銀、ステンレス鋼などに適用できる。

以上のように、本発明によれば長期にわたって良好な特
性を有する水素吸蔵電極が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は各種水素吸蔵電極を用いたアルカリ蓄電池の充放
電に伴う放電容量の変化を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水素吸蔵材の粉末を内蔵する三次元の網目状構造を
   有する金属多孔体の表面に、加圧により金属ネットを一
   体にするとともに前記粉末の焼結す温度で加熱処理して
   前記金属ネットを一体に結合することを特徴とする水素
   吸蔵電極の製造法。