JP5331300B2 - Nickel metal hydride secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、高容量かつ長寿命で、低温から高温まで容量が高いニッケル水素二次電池用
水素吸蔵合金、それを用いた負極、およびニッケル水素二次電池に関する。本発明の電池
は、ハイブリッド自動車および電気自動車等に好適である。
The present invention relates to a hydrogen storage alloy for a nickel-metal hydride secondary battery having a high capacity, a long life, and a high capacity from a low temperature to a high temperature, a negative electrode using the same, and a nickel-metal hydride secondary battery. The battery of the present invention is suitable for hybrid vehicles and electric vehicles.
水素吸蔵合金は、安全にかつ容易にエネルギー源としての水素を貯蔵できる合金であり
、新しいエネルギー変換および貯蔵用として非常に注目されている。機能性材料としての
水素吸蔵合金の応用分野は、水素の貯蔵・輸送、熱の貯蔵・輸送、熱―機械エネルギーの
変換、水素の分離・精製、水素同位体の分離、水素を活物質とした電池、合成化学におけ
る触媒、など広範囲にわたって提案されている。
特に、水素を可逆的に吸蔵・放出することが可能な水素吸蔵合金を二次電池の負極材料
として使用することが盛んに行われている。このニッケル水素二次電池は、様々な種類の
小型化で、軽量なポータブル電子機器の電源として使用されている。ポータブル機器は高
性能化、高機能化および小型化が進められており、このようなポータブル機器における
長時間駆動を可能にするためには、二次電池の体積あたりの放電容量を大きくする必要が
ある。また、最近では体積あたりの放電容量を高くするのと併せて、軽量化すなわち重量
あたりの放電容量を大きくすることが望まれている。
LaNi5系希土類水素吸蔵合金は、常温常圧付近で水素と反応し、また化学的安定性
が比較的高いため、現在、電池用水素吸蔵合金としての研究が広く進められ、市販されて
いる二次電池用負極として使用されている。
しかしながら、LaNi5型の希土類水素吸蔵合金を含む負極を備えた市販の2次電池
の放電容量は理論容量の80%以上に達しており、これ以上の高容量化には限界がある。
ところで希土類―Ni系金属間化合物には前述したLaNi5系合金以外にも多数存在
している。例えば、Mat.Res.Bull.11 p.1241(1976)(非特許
文献1)には希土類元素をLaNi5合金よりも多く含む金属間化合物が、LaNi5型の希土類
系金属間化合物に比べて常温付近で多量の水素を吸蔵することが開示されている。また、
Laサイトを希土類とMgの混合物にした系については、以下に示す2つの文献に知られてい
る。1つはJ.Less-common metals 73 339(1980)(非特許文献2)にLa1-xMgx
Ni2で表される水素吸蔵合金が報告されている。しかしながら、この水素吸蔵合金は水素
との安定性が高すぎて、水素を放出し難いため、二次電池の放電時に水素を完全に放出さ
せることが困難であるという問題点有する。一方、日本金属学会第120回春季大会講演
概要p.289(1997)(非特許文献3)には組成がLaMg2Ni9で表される水素吸蔵合金
が報告されているが、この系も充放電時の水素の放出が吸蔵に比べて小さいという問題点
がある。
The hydrogen storage alloy is an alloy that can store hydrogen as an energy source safely and easily, and has attracted a great deal of attention for new energy conversion and storage. Applications of hydrogen storage alloys as functional materials include hydrogen storage and transport, heat storage and transport, thermal-mechanical energy conversion, hydrogen separation and purification, hydrogen isotope separation, and hydrogen as the active material Various proposals have been made on batteries, catalysts in synthetic chemistry, and the like.
In particular, a hydrogen storage alloy capable of reversibly storing and releasing hydrogen is actively used as a negative electrode material for secondary batteries. This nickel metal hydride secondary battery is used as a power source for various types of miniaturized and lightweight portable electronic devices. Portable devices have been improved in performance, functionality and size. In order to enable long-time operation of such portable devices, it is necessary to increase the discharge capacity per volume of the secondary battery. is there. In recent years, it has been desired to reduce the weight, that is, increase the discharge capacity per weight, in addition to increasing the discharge capacity per volume.
The LaNi 5 rare earth hydrogen storage alloy reacts with hydrogen near room temperature and normal pressure and has a relatively high chemical stability. Therefore, research as a hydrogen storage alloy for batteries is currently widely promoted and is commercially available. Used as a negative electrode for secondary batteries.
However, the discharge capacity of a commercially available secondary battery having a negative electrode containing a LaNi 5 type rare earth hydrogen storage alloy reaches 80% or more of the theoretical capacity, and there is a limit to increasing the capacity beyond this.
By the way, there are many rare earth-Ni intermetallic compounds other than the LaNi 5 alloy described above. For example, Mat. Res. Bull. 11 p.1241 (1976) (Non-Patent Document 1), an intermetallic compound containing more rare earth elements than a LaNi 5 alloy occludes a larger amount of hydrogen near room temperature than a LaNi5-type rare earth intermetallic compound. It is disclosed. Also,
A system in which a La site is a mixture of rare earth and Mg is known in the following two documents. One is La 1-x Mg x in J. Less-common metals 73 339 (1980) (non-patent document 2).
A hydrogen storage alloy represented by Ni 2 has been reported. However, this hydrogen storage alloy has a problem that it is difficult to completely release hydrogen when the secondary battery is discharged because the stability with hydrogen is too high and it is difficult to release hydrogen. On the other hand, the outline of the 120th Spring Meeting of the Japan Institute of Metals p.289 (1997) (Non-patent Document 3) reports a hydrogen storage alloy whose composition is represented by LaMg 2 Ni 9 , but this system is also fulfilled. There is a problem that the release of hydrogen during discharge is smaller than that of occlusion.
また、特開昭63−271348号公報(特許文献1)には、一般式、Mm1−xAx
NiaCobMcで表される水素吸蔵合金を含む水素吸蔵電極が開示されている。一方、
特開昭62−271349号公報(特許文献2)には、La1−xAxNiaCobMc
で表される水素吸蔵合金を含む水素吸蔵電極が開示されている。
しかしながら、これら水素吸蔵電極を備えた二次電池は放電容量が低く、かつサイクル
寿命が短いという問題がある。さらには、自動車用途に使用した場合、低温での放電特性
も一層の改善が必要となる。
また、国際公開WO97/03213号公報(特許文献3)および米国特許公報584
0166号(特許文献4)には、組成が下記一般式(i)であらわされ、特定の逆位相境
界を有する水素吸蔵合金を含む水素吸蔵電極が開示されている。この水素吸蔵合金の結晶
構造はCaCu5型単相からなる。
(R1−xLx)(Ni1−yMy)z (i)
この(i)式において、RはLa,Ce,Pr,Ndまたはこれらの混合元素を示す。LはGd,Tb,Dy,
Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Y,Sc,Mg,Caまたはこれらの混合元素を示す。一方、MはCo,Al,Mn,Fe,Cu,Z
r,Ti,Mo,Si,V,Cr,Nb,Hf,Ta,W,B,Cまたはこれらの混合元素を示す。また、原子比x、yお
よびzは0.05≦x≦0.4、0≦y≦0.5、3.0≦z<4.5である。
この水素吸蔵合金は前記一般式(i)で表される組成を有する合金の溶湯を表面に平均
最大高さが30〜150μmの凹凸を有するロール上に、過冷度50〜500℃、冷却速
度1000〜10000℃/秒の冷却条件で、0.1〜2mm厚さに均一に凝固させた後
、熱処理を施すことにより製造される。また、この条件を外れると得られた合金は、CaCu
5型結晶構造の結晶粒とCe2Ni7型結晶構造からなり、LaNi5型単相が得られな
いことが報告されている。
しかしながら、組成が前述した(i)式で表され、特定の逆位相境界を有し、かつ結晶
構造がCaCu5構造である水素吸蔵合金を含む負極を備えた二次電池は、特に自動車用に必
要な低温での放電容量およびサイクル寿命が低い方という問題点がある。
さらに、特開平11−29832号公報(特許文献5)には、組成が下記(ii)に示
す一般式で表され、かつ空間群がP63/mmcである六方晶構造を有する水素吸蔵材が
開示されている。
(R1−xAx)2(Ni7−Y−Z−α―βMnYNbzBαCβ)n (ii)
ただし、前記(ii)において、Rは希土類元素またはミッシュメタル(Mm)、AはM
g,Ti,Zr,Th,Hf,SiおよびCaより選択された少なくとも1種、CはGa
、Ge、In,Sn,Sb,Tl,PbおよびBiより選択された少なくとも1種を示す
。
また、X,Y,Z,α、βおよびnは、0<X≦0.3、0.3≦Y≦1.5、0<Z
≦0.3、0≦α≦1、0≦β≦1、0.9≦n≦1.1を示す。
この(ii)で表される組成を有する水素吸蔵合金においては、RとAの原子比の合計
を1とした際のMnの原子比が、0.135以上、0.825以下である。
しかしながら、この水素吸蔵合金は水素吸蔵、放出反応の可能性に劣るため、水素吸蔵
放出量が少ないとという問題点がある。また、この水素吸蔵合金を含む負極を備えた電池
は水素吸蔵放出反応の可逆性に劣り、その上作動電圧が低くなるため、放電容量が低くな
る。
Japanese Patent Laid-Open No. 63-271348 (Patent Document 1) discloses a general formula Mm 1-x A x
Hydrogen absorbing electrode comprising a hydrogen storage alloy represented by the Ni a Co b M c is disclosed. on the other hand,
The JP 62-271349 (Patent Document 2), La 1-x A x Ni a Co b M c
The hydrogen storage electrode containing the hydrogen storage alloy represented by these is disclosed.
However, the secondary battery provided with these hydrogen storage electrodes has a problem that the discharge capacity is low and the cycle life is short. Furthermore, when used for automobile applications, further improvement in discharge characteristics at low temperatures is required.
In addition, International Publication No. WO 97/03213 (Patent Document 3) and US Patent Publication 584
Japanese Patent No. 0166 (Patent Document 4) discloses a hydrogen storage electrode including a hydrogen storage alloy having a composition represented by the following general formula (i) and having a specific antiphase boundary. The crystal structure of this hydrogen storage alloy consists of a CaCu 5 type single phase.
(R 1-x L x ) (Ni 1-y M y ) z (i)
In this formula (i), R represents La, Ce, Pr, Nd or a mixed element thereof. L is Gd, Tb, Dy,
Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y, Sc, Mg, Ca or mixed elements thereof are shown. On the other hand, M is Co, Al, Mn, Fe, Cu, Z
r, Ti, Mo, Si, V, Cr, Nb, Hf, Ta, W, B, C or a mixed element thereof is shown. The atomic ratios x, y, and z are 0.05 ≦ x ≦ 0.4, 0 ≦ y ≦ 0.5, and 3.0 ≦ z <4.5.
This hydrogen storage alloy has a supercooling degree of 50 to 500 ° C. and a cooling rate on a roll having irregularities with an average maximum height of 30 to 150 μm on the surface of a molten alloy having the composition represented by the general formula (i). Manufactured by heat treatment after uniformly solidifying to a thickness of 0.1 to 2 mm under cooling conditions of 1000 to 10000 ° C./second. Also, the alloy obtained when this condition is exceeded is CaCu
It has been reported that a LaNi 5 type single phase cannot be obtained, comprising a crystal grain of a 5 type crystal structure and a Ce 2 Ni 7 type crystal structure.
However, a secondary battery including a negative electrode containing a hydrogen storage alloy whose composition is represented by the above-described formula (i), has a specific antiphase boundary, and has a crystal structure of CaCu 5 is used particularly for automobiles. There is a problem that the required discharge capacity at low temperatures and the cycle life are lower.
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-29832 (Patent Document 5) discloses a hydrogen storage material having a hexagonal structure whose composition is represented by the general formula shown in (ii) below and whose space group is P63 / mmc. Has been.
(R 1-x A x) 2 (Ni 7-Y-Z-α-β Mn Y Nb z B α C β) n (ii)
However, in said (ii), R is rare earth elements or misch metal (Mm), A is M
at least one selected from g, Ti, Zr, Th, Hf, Si and Ca, C is Ga
And at least one selected from Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb and Bi.
X, Y, Z, α, β and n are 0 <X ≦ 0.3, 0.3 ≦ Y ≦ 1.5, 0 <Z
≦ 0.3, 0 ≦ α ≦ 1, 0 ≦ β ≦ 1, 0.9 ≦ n ≦ 1.1.
In the hydrogen storage alloy having the composition represented by (ii), the atomic ratio of Mn is 0.135 or more and 0.825 or less when the sum of the atomic ratios of R and A is 1.
However, since this hydrogen storage alloy is inferior in the possibility of hydrogen storage and release reaction, there is a problem that the amount of hydrogen storage and release is small. In addition, a battery equipped with a negative electrode containing this hydrogen storage alloy is inferior in reversibility of the hydrogen storage / release reaction, and the operating voltage is lowered, so that the discharge capacity is lowered.
ところで、特開平10−1731号公報(特許文献6)の特許請求の範囲には、A5T
19で表される組成を有する金属間化合物の相を含む水素吸蔵合金が開示されている。た
だし、前記AはLa,Ce,Pr,Sm,Nd,Mm,Y,Gd,Ca,Mg,Ti,Z
r,Hfから選ばれる少なくとも1種以上の元素であり、前記TはB,Bi,Al,Si
,Cr,V,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,SnおよびSbからなる群より選ば
れる少なくとも1種以上の元素である。
この公開公報には、A5T19の組成を有する金属間化合物の相を含む水素吸蔵合金の
作製方法として、以下に説明する方法が開示されている。まず、AT3の組成を有する金
属間化合物の相を含む合金と、AT4の組成を有する金属間化合物の相を有する金属間化
合物の相を含む合金を混合してメカニカルアロイングすることにより、AT3とAT4の
ほかに、A5T19の組成を有する金属間化合物の相を形成する。ついで、得られた合金
と、AT5の組成を有する金属間化合物の相を含む合金とを混合する、もしくはメカニカ
ルアロイングすることにより、A5T19相とAT5相とを含む水素吸蔵合金を得る。こ
の水素吸蔵合金では、前記公開公報の図1に示すように、結晶粒全体がA5T19で表さ
れる組成を有する領域から構成されている。
さらに、国際公開WO01/048841号公報(特許文献7)には下記の(iii)
で表される水素吸蔵合金が示されている。
R1-a-bMgaTbNi1z-x-y-αM1xM2yMnα (iii)
ただし、Rは希土類元素(前記希土類元素にはYが含まれる)から選ばれる少なくとも1
種の元素、TはCa、Ti,ZrおよびHfから選ばれる少なくとも1種の元素、M1はFe,Coから選
ばれる少なくとも1種の元素、M2はAl,Ga,Zn,Sn,Cu,Si,B,Nb,W,Mo,V,Cr,Ta,Li,PおよびS
から選ばれる少なくとも1種の元素であり、原子比a,b、x、y、αおよびZは0.1
5≦a≦0.37、0≦b≦0.3,0≦x≦1.3、0≦y≦0.5、0≦α≦0.1
35、2.5≦z≦4.2 をそれぞれ示す。
しかしながら、本発明の中でハイブリッド自動車用としてさらに最適な水素吸蔵合金を
開発する必要があった。
また、特開平11−323469号公報(特許文献8)には下記(iV)で表される水
素吸蔵合金が開示されている。すなわち、
(Mg1−a−bR1aM1b)Niz (iV)
ただし、R1はYを含む希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素、M1はMgより
も電気陰性度のおおきな元素(ただし、前記R1の元素、Cr,Mn,Fe,Co,Cu
ZnおよびNiを除く)から選ばれる少なくとも1種の元素、a,b、およびzはそれぞ
れ0.1≦a≦0.8、0<b≦0.9、1−a−b>0、3≦z≦3.8として規定さ
れる。
しかしながら、この水素吸蔵合金においても、ハイブリッド自動車用の水素吸蔵合金と
しての最適化がなされておらず、本用途への水素吸蔵合金の最適化が必要であった。
Incidentally, the claims of Japanese Patent Laid-Open No. 10-1731 (Patent Document 6) include A 5 T
A hydrogen storage alloy including an intermetallic compound phase having a composition represented by 19 is disclosed. Where A is La, Ce, Pr, Sm, Nd, Mm, Y, Gd, Ca, Mg, Ti, Z
and at least one element selected from r and Hf, wherein T is B, Bi, Al, Si
, Cr, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, and Sb.
In this publication, a method described below is disclosed as a method for producing a hydrogen storage alloy including an intermetallic compound phase having a composition of A 5 T 19 . First, an alloy including an intermetallic compound phase having an AT 3 composition and an alloy including an intermetallic compound phase having an AT 4 composition are mixed and mechanically alloyed. In addition to AT 3 and AT 4 , it forms an intermetallic phase having a composition of A 5 T 19 . Subsequently, the obtained alloy and an alloy containing an intermetallic compound phase having the composition of AT 5 are mixed or mechanically alloyed to obtain a hydrogen storage alloy containing an A 5 T 19 phase and an AT 5 phase. Get. In this hydrogen storage alloy, as shown in FIG. 1 of the above-mentioned publication, the entire crystal grain is composed of a region having a composition represented by A 5 T 19 .
Further, International Publication WO 01/048841 (Patent Document 7) discloses the following (iii):
The hydrogen storage alloy represented by is shown.
R 1-ab Mg a T b Ni 1z-xy-α M1 x M2 y Mn α (iii)
However, R is at least 1 selected from rare earth elements (the rare earth elements include Y)
Species element, T is at least one element selected from Ca, Ti, Zr and Hf, M1 is at least one element selected from Fe and Co, M2 is Al, Ga, Zn, Sn, Cu, Si, B, Nb, W, Mo, V, Cr, Ta, Li, P and S
At least one element selected from the group consisting of atomic ratios a, b, x, y, α and Z of 0.1
5 ≦ a ≦ 0.37, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ x ≦ 1.3, 0 ≦ y ≦ 0.5, 0 ≦ α ≦ 0.1
35, 2.5 ≦ z ≦ 4.2, respectively.
However, in the present invention, it was necessary to develop a hydrogen storage alloy that is more optimal for hybrid vehicles.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-323469 (Patent Document 8) discloses a hydrogen storage alloy represented by the following (iV). That is,
(Mg 1-a-b R1 a M1 b ) Ni z (iV)
However, R1 is at least one element selected from rare earth elements including Y, M1 is a larger element of electronegativity than Mg (however, the element of R1, Cr, Mn, Fe, Co, Cu
At least one element selected from (excluding Zn and Ni), a, b, and z are 0.1 ≦ a ≦ 0.8, 0 <b ≦ 0.9, 1-ab> 0, 3 ≦ z ≦ 3.8.
However, this hydrogen storage alloy has not been optimized as a hydrogen storage alloy for hybrid vehicles, and it has been necessary to optimize the hydrogen storage alloy for this application.
本発明は、LaNi5型の組成に比べてLaサイトが多量に含まれているタイプに属す
る組成を有する水素吸蔵合金における水素との安定性が高すぎて水素を放出し難いという
問題点およびアルカリ電解液により腐食酸化を受けやすいという問題点が改善され、水素
吸蔵、放出量が高い水素吸蔵合金を提供するものであり、特にハイブリッド自動車に適し
たレート特性、低温特性に優れた高容量、長寿命水素吸蔵合金を提供するものである。
また、本発明は、Ni水素二次電池の課題であった高容量でかつサイクル寿命と−30℃
付近までの低温における放電容量の双方が向上された電池用水素吸蔵合金、これを用いた
負極、およびニッケル水素二次電池を提供することを目的とする。
The present invention has a problem that hydrogen storage alloy having a composition belonging to a type containing a large amount of La sites compared with LaNi type 5 is too stable to hydrogen and difficult to release hydrogen. The problem of being susceptible to corrosion and oxidation by the electrolyte is improved, and it provides a hydrogen storage alloy with high hydrogen storage and release. Especially, it is suitable for hybrid vehicles. A life-time hydrogen storage alloy is provided.
In addition, the present invention has a high capacity and a cycle life of −30 ° C.
An object of the present invention is to provide a hydrogen storage alloy for a battery having improved discharge capacity at low temperatures up to the vicinity, a negative electrode using the same, and a nickel-hydrogen secondary battery.
本発明の第1の電池用水素吸蔵合金は、一般式1として
R1−aMgaNibMcXd (1)
R:La,Ce,Pr,Nd、Smから選ばれる少なくとも1種
M:Fe,Co,Mn,Cu,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wから選ば
れる少なくとも1種
X:Al,Ga,Zn,Sn,Si,B,C,Pから選ばれる少なくとも1種
0<a<0.25
3.0≦b≦4.0
0≦c≦1.0
0.1≦d≦1.0
3.6<b+c+d≦4.05
で表され、少なくとも2H型の積層構造をもつLa3MgNi14型結晶相と3Rの積層
構造をもつLa2MgNi9型相の2相を含むことを特徴とする電池用水素吸蔵合金。
である。また、第二の電池用水素吸蔵合金は、一般式2として
R1−a―xMgaAxNibMcXd (2)
R:La,Ce,Pr,Nd、Smから選ばれる少なくとも1種
A:Ca,Sr,Baから選ばれる少なくとも1種
M:Fe,Co,Mn,Cu,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wから選ば
れる少なくとも1種
X:Al,Ga,Zn,Sn,Si,B,C,Pから選ばれる少なくとも1種
0<a<0.25
0<x≦0.5
3.0≦b≦4.0
0≦c≦1.0
0.1≦d≦1.0
3.6<b+c+d≦4.05
で表され、少なくとも2H型の積層構造をもつLa3MgNi14型結晶相と3Rの積層
構造をもつLa2MgNi9型相の2相を含むことを特徴とする電池用水素吸蔵合金であ
る。
また、本発明にかかるニッケル水素二次電池用負極は一般式1として
R1−aMgaNibMcXd (1)
R:La,Ce,Pr,Nd、Smから選ばれる少なくとも1種
M:Fe,Co,Mn,Cu,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wから選ば
れる少なくとも1種
X:Al,Ga,Zn,Sn,Si,B,C,Pから選ばれる少なくとも1種
0<a<0.25
3.0≦b≦4.0
0≦c≦1.0
0.1≦d≦1.0
3.6<b+c+d≦4.05
で表され、少なくとも2H型の積層構造をもつLa3MgNi14型結晶相と3Rの積層
構造をもつLa2MgNi9型相の2相を含む水素吸蔵合金を用いたことを特徴とするニ
ッケル水素二次電池用負極である。
The first hydrogen storage alloy for a battery according to the present invention is represented by R 1-a Mg a Ni b Mc X d (1)
R: at least one selected from La, Ce, Pr, Nd, Sm M: at least one selected from Fe, Co, Mn, Cu, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W X: At least one selected from Al, Ga, Zn, Sn, Si, B, C, and P 0 <a <0.25
3.0 ≦ b ≦ 4.0
0 ≦ c ≦ 1.0
0.1 ≦ d ≦ 1.0
3.6 <b + c + d ≦ 4.05
And a hydrogen storage alloy for a battery comprising two phases of a La 3 MgNi 14 type crystal phase having at least a 2H type laminated structure and a La 2 MgNi 9 type phase having a 3R laminated structure.
It is. Further, the second hydrogen storage alloy for a battery is represented by the following formula (2): R 1-ax Mg a A x Ni b Mc X d (2)
R: at least one selected from La, Ce, Pr, Nd, Sm A: at least one selected from Ca, Sr, Ba M: Fe, Co, Mn, Cu, Ti, Zr, V, Nb, Ta, At least one selected from Cr, Mo, W X: at least one selected from Al, Ga, Zn, Sn, Si, B, C, P 0 <a <0.25
0 <x ≦ 0.5
3.0 ≦ b ≦ 4.0
0 ≦ c ≦ 1.0
0.1 ≦ d ≦ 1.0
3.6 <b + c + d ≦ 4.05
The hydrogen storage alloy for a battery is characterized by including two phases of a La 3 MgNi 14 type crystal phase having at least a 2H type laminated structure and a La 2 MgNi 9 type phase having a 3R laminated structure.
Moreover, the negative electrode for nickel metal hydride secondary batteries according to the present invention is represented by R 1-a Mg a Ni b Mc X d (1)
R: at least one selected from La, Ce, Pr, Nd, Sm M: at least one selected from Fe, Co, Mn, Cu, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W X: At least one selected from Al, Ga, Zn, Sn, Si, B, C, and P 0 <a <0.25
3.0 ≦ b ≦ 4.0
0 ≦ c ≦ 1.0
0.1 ≦ d ≦ 1.0
3.6 <b + c + d ≦ 4.05
And a hydrogen storage alloy containing two phases of a La 3 MgNi 14 type crystal phase having a 2H type laminated structure and a La 2 MgNi 9 type phase having a 3R laminated structure. It is a negative electrode for secondary batteries.
本発明に用いる第二のニッケル水素二次電池用負極は、一般式2として
R1−a―xMgaAxNibMcXd (2)
R:La,Ce,Pr,Nd、Smから選ばれる少なくとも1種
A:Ca,Sr,Baから選ばれる少なくとも1種
M:Fe,Co,Mn,Cu,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wから選ば
れる少なくとも1種
X:Al,Ga,Zn,Sn,Si,B,C,Pから選ばれる少なくとも1種
0<a<0.25
0<x≦0.5
3.0≦b≦4.0
0≦c≦1.0
0.1≦d≦1.0
3.6<b+c+d≦4.05
で表され、少なくとも2H型の積層構造をもつLa3MgNi14型結晶相と3Rの積層
構造をもつLa2MgNi9型相の2相を含む水素吸蔵合金を用いることを特徴とするニ
ッケル水素電池用負極である。
本発明のニッケル水素二次電池は、一般式1として
R1−aMgaNibMcXd (1)
R:La,Ce,Pr,Nd、Smから選ばれる少なくとも1種
M:Fe,Co,Mn,Cu,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wから選ば
れる少なくとも1種
X:Al,Ga,Zn,Sn,Si,B,C,Pから選ばれる少なくとも1種
0<a<0.25
3.0≦b≦4.0
0≦c≦1.0
0.1≦d≦1.0
3.6<b+c+d≦4.05
で表され、少なくとも2H型の積層構造をもつLa3MgNi14型結晶相と3Rの積層
構造をもつLa2MgNi9型相の2相を含む水素吸蔵合金を用いた負極と正極と電解液
とからなることを特徴とするニッケル水素二次電池。
また、第二のニッケル水素二次電池は一般式2として、
R1−a―xMgaAxNibMcXd (2)
R:La,Ce,Pr,Nd、Smから選ばれる少なくとも1種
A:Ca,Sr,Baから選ばれる少なくとも1種
M:Fe,Co,Mn,Cu,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wから選ば
れる少なくとも1種
X:Al,Ga,Zn,Sn,Si,B,C,Pから選ばれる少なくとも1種
0<a<0.25
0<x≦0.5
3.0≦b≦4.0
0≦c≦1.0
0.1≦d≦1.0
3.6<b+c+d≦4.05
で表され、少なくとも2H型の積層構造をもつLa3MgNi14型結晶相と3Rの積層
構造をもつLa2MgNi9型相の2相を含む水素吸蔵合金を用いた負極と正極と電解液
とからなることを特徴とするニッケル水素二次電池である。
The second negative electrode for a nickel metal hydride secondary battery used in the present invention has the general formula 2 as R 1-ax Mg a A x Ni b M c X d (2)
R: at least one selected from La, Ce, Pr, Nd, Sm A: at least one selected from Ca, Sr, Ba M: Fe, Co, Mn, Cu, Ti, Zr, V, Nb, Ta, At least one selected from Cr, Mo, W X: at least one selected from Al, Ga, Zn, Sn, Si, B, C, P 0 <a <0.25
0 <x ≦ 0.5
3.0 ≦ b ≦ 4.0
0 ≦ c ≦ 1.0
0.1 ≦ d ≦ 1.0
3.6 <b + c + d ≦ 4.05
And a hydrogen storage alloy containing two phases of a La 3 MgNi 14 type crystal phase having at least a 2H type laminated structure and a La 2 MgNi 9 type phase having a 3R laminated structure. Negative electrode.
The nickel metal hydride secondary battery of the present invention is represented by R 1 -a Mg a Ni b Mc X d (1)
R: at least one selected from La, Ce, Pr, Nd, Sm M: at least one selected from Fe, Co, Mn, Cu, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W X: At least one selected from Al, Ga, Zn, Sn, Si, B, C, and P 0 <a <0.25
3.0 ≦ b ≦ 4.0
0 ≦ c ≦ 1.0
0.1 ≦ d ≦ 1.0
3.6 <b + c + d ≦ 4.05
A negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte solution using a hydrogen storage alloy including two phases of a La 3 MgNi 14 type crystal phase having a 2H type laminated structure and a La 2 MgNi 9 type phase having a 3R laminated structure A nickel hydride secondary battery comprising:
Further, the second nickel metal hydride secondary battery is represented by the general formula 2,
R 1-a-x Mg a A x Ni b M c X d (2)
R: at least one selected from La, Ce, Pr, Nd, Sm A: at least one selected from Ca, Sr, Ba M: Fe, Co, Mn, Cu, Ti, Zr, V, Nb, Ta, At least one selected from Cr, Mo, W X: at least one selected from Al, Ga, Zn, Sn, Si, B, C, P 0 <a <0.25
0 <x ≦ 0.5
3.0 ≦ b ≦ 4.0
0 ≦ c ≦ 1.0
0.1 ≦ d ≦ 1.0
3.6 <b + c + d ≦ 4.05
A negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte solution using a hydrogen storage alloy including two phases of a La 3 MgNi 14 type crystal phase having a 2H type laminated structure and a La 2 MgNi 9 type phase having a 3R laminated structure It is a nickel metal hydride secondary battery characterized by comprising.
本発明の電池用水素吸蔵合金は、ニッケル水素二次電池の課題であった高容量でかつサイ
クル寿命と−30℃付近までの低温における放電容量の双方が向上されたものである。ま
た、それを用いたニッケル水素二次電池用負極並びにニッケル水素二次電池は優れた特性
を具備するものである。
The battery hydrogen-absorbing alloy of the present invention has a high capacity, which is a problem of a nickel-hydrogen secondary battery, and is improved in both cycle life and discharge capacity at a low temperature near -30 ° C. Moreover, the negative electrode for nickel hydride secondary batteries and the nickel hydride secondary battery using the same have excellent characteristics.
本発明にかかる電池用水素吸蔵合金、これを用いた負極、およびニッケル水素二次電池に
ついて説明する。
本発明の電池用水素吸蔵合金は、一般式1として
R1−aMgaNibMcXd (1)
R:La,Ce,Pr,Nd、Smから選ばれる少なくとも1種
M:Fe,Co,Mn,Cu,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wから選ば
れる少なくとも1種
X:Al,Ga,Zn,Sn,Si,B,C,Pから選ばれる少なくとも1種
0<a<0.25
3.0≦b≦4.0
0≦c≦1.0
0.1≦d≦1.0
3.6<b+c+d≦4.05
で表され、少なくとも2H型の積層構造をもつLa3MgNi14型結晶相と3Rの積層
構造をもつLa2MgNi9型相の2相を含むことを特徴とする電池用水素吸蔵合金であ
る。
ここで、RはLa,Ce,Pr,Nd,Smである。Rは水素吸蔵能力を決める元素であ
り、La,Pr,Ndが主となることが寿命特性の観点から好ましい。なお、これら以外
の希土類元素(ランタノイド族)が10原子%まで含まれてもよい。
MgはRと同様に水素吸蔵能を決める元素であるが、Rとの比率(a)で容量、寿命が決
まる。その量は0<a<0.25である。Mgを含まないと充放電特性が悪く、0.25
を超えると容量が低下しすぎてしまい問題となる。好ましくは、0.05≦x≦0.23
であり、さらに好ましくは0.1≦x≦0.20である。
Niは水素吸蔵合金における水素の放出、電解液中での化学反応の活性化に有効な元素
であり、その量bは3≦b≦4である。3未満の場合、吸蔵した水素の放出が困難であり
、一方4を超えると容量は低下する。好ましくは、3.1≦b≦3.9であり、さらに好
ましくは3.2≦b≦3.8である。Mは充放電サイクル特性の向上、あるいは高容量化
に有効な元素であり、その量は0≦c≦1.0である。好ましいM元素は、Co,Fe,
Mn、Cuである。cは1を超えると容量が低下する。好ましくは、0.05≦c≦0.
8である。XはAl,Ga,Zn,Sn,Si,B,C,Pから選ばれる少なくとも1種
であり、充放電サイクル寿命特性に効果がある。その量は1を超えると容量が低下してし
まう。好ましくは0.1≦d≦0.9である。XのうちAl、Zn,Sn、Siが寿命特
性の観点から好ましい。
ここで容量、サイクル寿命および低温特性、レート特性に効果的なものがbとcの合計量
であり、3.6<b+c+d≦4.05である。3.6以下ではレート特性が不十分とな
り、一方4.05を超えると低温特性が劣化してくる。好ましくは、3.65≦b+c≦
4.0である。
The battery hydrogen storage alloy according to the present invention, a negative electrode using the same, and a nickel hydride secondary battery will be described.
The hydrogen storage alloy for a battery of the present invention is represented by R 1 -a Mg a Ni b Mc X d (1)
R: at least one selected from La, Ce, Pr, Nd, Sm M: at least one selected from Fe, Co, Mn, Cu, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W X: At least one selected from Al, Ga, Zn, Sn, Si, B, C, and P 0 <a <0.25
3.0 ≦ b ≦ 4.0
0 ≦ c ≦ 1.0
0.1 ≦ d ≦ 1.0
3.6 <b + c + d ≦ 4.05
The hydrogen storage alloy for a battery is characterized by including two phases of a La 3 MgNi 14 type crystal phase having at least a 2H type laminated structure and a La 2 MgNi 9 type phase having a 3R laminated structure.
Here, R is La, Ce, Pr, Nd, Sm. R is an element that determines the hydrogen storage capacity, and La, Pr, and Nd are mainly used from the viewpoint of life characteristics. In addition, rare earth elements (lanthanoid group) other than these may be contained up to 10 atomic%.
Mg is an element that determines the hydrogen storage capacity like R, but the capacity and life are determined by the ratio (a) with R. The amount is 0 <a <0.25. If Mg is not included, the charge / discharge characteristics are poor, 0.25
Exceeding this causes a problem that the capacity decreases too much. Preferably, 0.05 ≦ x ≦ 0.23
More preferably, 0.1 ≦ x ≦ 0.20.
Ni is an element effective for releasing hydrogen in the hydrogen storage alloy and activating chemical reaction in the electrolytic solution, and its amount b is 3 ≦ b ≦ 4. If it is less than 3, it is difficult to release the stored hydrogen, while if it exceeds 4, the capacity decreases. Preferably, 3.1 ≦ b ≦ 3.9, and more preferably 3.2 ≦ b ≦ 3.8. M is an element effective for improving the charge / discharge cycle characteristics or increasing the capacity, and the amount is 0 ≦ c ≦ 1.0. Preferred M elements are Co, Fe,
Mn and Cu. When c exceeds 1, the capacity decreases. Preferably, 0.05 ≦ c ≦ 0.
8. X is at least one selected from Al, Ga, Zn, Sn, Si, B, C, and P, and is effective in charge / discharge cycle life characteristics. When the amount exceeds 1, the capacity decreases. Preferably 0.1 ≦ d ≦ 0.9. Among X, Al, Zn, Sn, and Si are preferable from the viewpoint of life characteristics.
Here, what is effective for capacity, cycle life, low temperature characteristics, and rate characteristics is the total amount of b and c, and 3.6 <b + c + d ≦ 4.05. If it is 3.6 or less, the rate characteristics are insufficient, while if it exceeds 4.05, the low temperature characteristics deteriorate. Preferably, 3.65 ≦ b + c ≦
4.0.
また、本発明の第二の水素吸蔵合金は、一般式2として
R1−a―xMgaAxNibMcXd (2)
R:La,Ce,Pr,Nd、Smから選ばれる少なくとも1種
A:Ca,Sr,Baから選ばれる少なくとも1種
M:Fe,Co,Mn,Cu,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wから選ば
れる少なくとも1種
X:Al,Ga,Zn,Sn,Si,B,C,Pから選ばれる少なくとも1種
0<a<0.25
0<x≦0.5
3.0≦b≦4.0
0≦c≦1.0
0.1≦d≦1.0
3.6<b+c+d≦4.05
で表され、少なくとも2H型の積層構造をもつLa3MgNi14型結晶相と3Rの積層
構造をもつLa2MgNi9型相の2相を含むことを特徴とする電池用水素吸蔵合金であ
る。
ここで、R,M,XおよびNiについては、第一の水素吸蔵合金と同じであり、Aについ
てはCa,Sr,Baから選ばれる少なくとも1種以上である。Aはサイクル寿命を保っ
たまま容量を増大させる元素である。好ましい元素はCaである。その量xは0<x≦0
.5であり、0.5を超えるとサイクル寿命が低下する。好ましくは0.05≦x≦0.
40である。
本発明にかかる水素吸蔵合金にはN,O,Fなどの元素が不純物として本願発明合金の
特性を阻害しない範囲で含まれていてもよい。なお、これらの不純物は各々1wt%以下
の範囲であることが好ましい。
本発明の水素吸蔵合金は、その結晶構造は少なくともCaCu5型は含まず、少なくと
も2H型の積層構造をもつLa3MgNi14型結晶相と3Rの積層構造をもつLa2M
gNi9型相の2相を含む。その他、2H型の積層構造をもつLa2MgNi9相、3R
型の積層構造をもつLa3MgNi14相、2H型のLa4MgNi19相、3R型のL
a4MgNi19相のいずれかが30%含まれていてもよい。ここで、30%とはTEM
評価によって得られる、視野200nm×200nmの範囲で、10枚観察し、その面積
比の平均値とする。
Further, the second hydrogen storage alloy of the present invention is represented by R 1 -ax Mg a A x Ni b M c X d (2)
R: at least one selected from La, Ce, Pr, Nd, Sm A: at least one selected from Ca, Sr, Ba M: Fe, Co, Mn, Cu, Ti, Zr, V, Nb, Ta, At least one selected from Cr, Mo, W X: at least one selected from Al, Ga, Zn, Sn, Si, B, C, P 0 <a <0.25
0 <x ≦ 0.5
3.0 ≦ b ≦ 4.0
0 ≦ c ≦ 1.0
0.1 ≦ d ≦ 1.0
3.6 <b + c + d ≦ 4.05
The hydrogen storage alloy for a battery is characterized by including two phases of a La 3 MgNi 14 type crystal phase having a 2H type laminated structure and a La 2 MgNi 9 type phase having a 3R laminated structure.
Here, R, M, X and Ni are the same as the first hydrogen storage alloy, and A is at least one selected from Ca, Sr and Ba. A is an element that increases the capacity while maintaining the cycle life. A preferred element is Ca. The quantity x is 0 <x ≦ 0
. 5. If it exceeds 0.5, the cycle life is reduced. Preferably 0.05 ≦ x ≦ 0.
40.
In the hydrogen storage alloy according to the present invention, elements such as N, O, and F may be contained as impurities within a range that does not impair the characteristics of the present alloy. These impurities are preferably in the range of 1 wt% or less.
The hydrogen storage alloy of the present invention does not include at least CaCu5 type crystal structure, La 3 MgNi 14 type crystal phase having at least 2H type laminated structure and La 2 M having 3R laminated structure.
Includes two phases of gNi 9 type. In addition, La 2 MgNi 9- phase, 3R with 2H-type laminated structure
La 3 MgNi 14 phase with a laminated structure of type 2H type La 4 MgNi 19 phase, 3R type L
30% of any of the a 4 MgNi 19 phases may be contained. Here, 30% means TEM
In the range of the visual field of 200 nm × 200 nm obtained by the evaluation, 10 images are observed, and the area ratio is averaged.
本発明のニッケル水素二次電池用負極は、一般式1あるいは一般式2の水素吸蔵合金を
用いた負極である。また、本発明のニッケル水素二次電池は正極と電解液と一般式1ある
いは一般式2に示す水素吸蔵合金を用いた負極からなるものである。
本発明の水素吸蔵合金にかかる製造方法は、通常の溶解〜鋳造〜熱処理でよく、鋳造時に
冷却鋳型あるいは冷却板を用いて冷却してもよい。熱処理は不活性雰囲気中で600〜融
点直下の範囲で、1時間から20時間行うのが好ましい。また、熱処理の際、蒸気圧の高
いMgが含まれているため、Ar, Heなど不活性雰囲気の加圧下としてもよい。
特に熱処理後の冷却速度は、5℃/分以下にすることが好ましく、さらに好ましくは3℃
/分、最も好ましくは1℃/分である。
本発明の水素吸蔵合金は、その特性をより発揮させるために、表面処理を行っても良い。
その方法は、酸処理、アルカリ処理などいずれの方法でもよく、粉末表面近傍のNi濃度
を相対的に高くすることが好ましい。酸は塩酸、硝酸、シュウ酸を用いるのが好ましく、
アルカリ処理の場合は電解液のKOH水溶液で良いが、NaOH水溶液を用いてもよい。
この場合、水溶液の濃度は30〜80重量%の水酸化アルカリを含むことが好ましく、ま
た処理温度は室温以上での処理がよく、処理時間を短くするには40℃以上、さらに好ま
しくは60℃以上沸点までが好ましい。
この場合、工程としては水素吸蔵合金粉末をアルカリ水溶液中に浸漬する工程であり、
場合によっては表面処理された粉末を水洗する工程からなる。
表面処理に用いる水素吸蔵合金の平均粒径は、5〜50μmが好ましい。5μm未満で
は表面処理により水素吸蔵部が減少し、結果として水素吸蔵量が低下する。一方、50μ
mを超えると、表面処理により生じる比表面積が小さく、高率放電、温度特性の向上が不
十分となる。
The negative electrode for a nickel metal hydride secondary battery of the present invention is a negative electrode using a hydrogen storage alloy of general formula 1 or general formula 2. The nickel-hydrogen secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, an electrolytic solution, and a negative electrode using a hydrogen storage alloy represented by general formula 1 or general formula 2.
The production method for the hydrogen storage alloy of the present invention may be ordinary melting to casting to heat treatment, and may be cooled using a cooling mold or a cooling plate during casting. The heat treatment is preferably performed in an inert atmosphere in the range of 600 to just below the melting point for 1 to 20 hours. In addition, since Mg having a high vapor pressure is included in the heat treatment, it may be under an inert atmosphere such as Ar or He.
In particular, the cooling rate after the heat treatment is preferably 5 ° C./min or less, more preferably 3 ° C.
/ Min, most preferably 1 ° C./min.
The hydrogen storage alloy of the present invention may be subjected to surface treatment in order to exhibit its characteristics more.
The method may be any method such as acid treatment or alkali treatment, and it is preferable to relatively increase the Ni concentration in the vicinity of the powder surface. The acid is preferably hydrochloric acid, nitric acid, or oxalic acid,
In the case of alkali treatment, an aqueous KOH solution of the electrolytic solution may be used, but an aqueous NaOH solution may be used.
In this case, the concentration of the aqueous solution preferably contains 30 to 80% by weight of alkali hydroxide, the treatment temperature is preferably room temperature or higher, and 40 ° C. or higher, more preferably 60 ° C. to shorten the processing time. The boiling point is preferred.
In this case, the process is a process of immersing the hydrogen storage alloy powder in an alkaline aqueous solution,
In some cases, the method comprises a step of washing the surface-treated powder with water.
As for the average particle diameter of the hydrogen storage alloy used for surface treatment, 5-50 micrometers is preferable. If the thickness is less than 5 μm, the hydrogen storage portion decreases due to surface treatment, and as a result, the hydrogen storage amount decreases. On the other hand, 50μ
If it exceeds m, the specific surface area generated by the surface treatment is small, and the high rate discharge and the improvement of the temperature characteristics become insufficient.
また、アンモニア添加による表面処理と同時、または時間を遅らせて金属塩を添加して
もよい。使用可能な金属は特に限定されないが、Mg,Ca,Srなどのアルカリ土類金属、Ni,C
o,Cuなどの遷移金属、Yを含む希土類金属があり、その塩には塩化物、硫酸塩、硝酸塩お
よびアンモニウム塩などがある。使用する金属塩の量は、最終的に水素吸蔵合金表面に酸
化物がおよび/または水酸化物が生成する量と関連するため、他の条件などにも依存性も
考慮して設定する。
これらの金属塩を使用する前記水素吸蔵合金の表面処理は、例えばアンモニアが残存する
水素吸蔵合金粉末を投入し、加熱撹拌して懸濁状態で反応を進行させる。さらにpHが酸
性または中性である場合には、水酸化アルカリなどを添加して液性をアルカリ性にする。
これらの操作における温度は特に限定されず、室温から100℃の任意の液温で行えばよ
く、望ましい液温は40〜80℃である。
これらの操作により、水素吸蔵合金粉末表面に金属酸化物や金属水酸化物が析出するた
め、水素吸蔵合金の寿命が延び、所望特性を有する水素吸蔵合金が提供できることになる
。
本発明の水素吸蔵合金への表面処理は、公知の初期充放電での電極活性化、自己放電特
性、高率放電特性およびサイクル寿命への効果以外に、自動車に用いられる電池に必要な
温度特性も実現する。
Further, the metal salt may be added simultaneously with the surface treatment by addition of ammonia or after delaying the time. The metals that can be used are not particularly limited, but alkaline earth metals such as Mg, Ca, Sr, Ni, C
o There are transition metals such as Cu, rare earth metals including Y, and salts thereof include chlorides, sulfates, nitrates and ammonium salts. The amount of the metal salt to be used is related to the amount of oxides and / or hydroxides finally formed on the surface of the hydrogen storage alloy, and is therefore set in consideration of other conditions and the like.
In the surface treatment of the hydrogen storage alloy using these metal salts, for example, a hydrogen storage alloy powder in which ammonia remains is introduced, and the reaction proceeds in a suspended state by heating and stirring. Further, when the pH is acidic or neutral, an alkali hydroxide or the like is added to make the liquid alkaline.
The temperature in these operations is not particularly limited, and may be performed at an arbitrary liquid temperature from room temperature to 100 ° C., and a desirable liquid temperature is 40 to 80 ° C.
By these operations, metal oxide or metal hydroxide precipitates on the surface of the hydrogen storage alloy powder, so that the life of the hydrogen storage alloy is extended and a hydrogen storage alloy having desired characteristics can be provided.
Surface treatment to the hydrogen storage alloy of the present invention is not limited to electrode activation, self-discharge characteristics, high-rate discharge characteristics and cycle life during known initial charge and discharge, but also temperature characteristics required for batteries used in automobiles. Also realized.
次に、電池の製造方法について述べる。
1)負極
この負極は、例えば前述した水素吸蔵合金の粉末に導電材を添加し、高分子結着剤および
水とともに混錬してペーストを調整し、前記ペーストを導電材基板に充填し、乾燥した後
、成形することにより作製される。
前記水素吸蔵合金が担持される導電性基板としては、例えばパンチドメタル、エキスパン
デッドメタル、ニッケルネットなどの二次元基板や、フェルト状金属多孔体、スポンジ状
金属基板などの三次元基板をあげることができる。
前記負極には、さらに結着剤を含有させることができる。前記結着剤としては例えばカ
ルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム,ポリテトラ
フルオロエチレンなどを挙げることができる。また、前記負極には導電材を含有させても
よい。前記導電材としては、例えばカーボンブラックなどを挙げることができる。また、
ペースト中にY2O3,Er2O3、Yb2O3、Sm2O3などの希土類金属酸化物、
Mn3O4、LiMn2O4、Nb205、SnO2などの酸化物を添加してもよい。負極
中に前記酸化物を含有することによって、高温でのサイクル寿命を改善することが可能に
なる。また、添加する酸化物の種類は1種類もしくは2種類以上にすることができる。酸
化物の添加量は前記水素吸蔵合金に対して0.2〜5wt%の範囲にすることが好ましい
。より好ましい範囲は0.4〜2wt%である。
Next, a battery manufacturing method will be described.
1) Negative electrode In this negative electrode, for example, a conductive material is added to the above-mentioned hydrogen storage alloy powder, and the paste is prepared by kneading with a polymer binder and water, filling the conductive material substrate with the paste, and drying. Then, it is produced by molding.
Examples of the conductive substrate on which the hydrogen storage alloy is supported include two-dimensional substrates such as punched metal, expanded metal, and nickel net, and three-dimensional substrates such as felt-like metal porous bodies and sponge-like metal substrates. be able to.
The negative electrode can further contain a binder. Examples of the binder include carboxymethylcellulose, methylcellulose, sodium polyacrylate, polytetrafluoroethylene, and the like. The negative electrode may contain a conductive material. Examples of the conductive material include carbon black. Also,
Rare earth metal oxides such as Y 2 O 3 , Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Sm 2 O 3 in the paste,
An oxide such as Mn 3 O 4 , LiMn 2 O 4 , Nb 2 0 5 , or SnO 2 may be added. By including the oxide in the negative electrode, it is possible to improve cycle life at high temperatures. Moreover, the kind of oxide to add can be made into 1 type or 2 types or more. The amount of oxide added is preferably in the range of 0.2 to 5 wt% with respect to the hydrogen storage alloy. A more preferable range is 0.4 to 2 wt%.
2)正極
この正極は、アルカリ電解液中で安定して充放電が可能であれば良く、例えば活物質であ
る水酸化ニッケル粉末に導電材料を添加し、結着剤および水とともに混錬してペーストを
調製し、前記ペーストを導電性基板に充填し、乾燥した後、成形することにより作製され
る。
前記水酸化ニッケル粉末は、亜鉛酸化物、コバルト酸化物、亜鉛水酸化物およびコバルト
水酸化物の群から選択される少なくとも一つの化合物と、水酸化ニッケルとの混合物を保
持していることが好ましい。このような水酸化ニッケル粉末を含む正極と、前記負極とを
備えたニッケル水素二次電池は充放電容量および低温放電特性を著しく向上することがで
きる。
前記導電材料としては、例えばコバルト酸化物、コバルト水酸化物、金属コバルト、金属
ニッケル、炭素などを挙げることができる。
前記結着剤としては例えばカルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ポリアクリ
ル酸ナトリウム,ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコールなどを挙げること
ができる。
前記導電性基板としては、例えばニッケル、ステンレスまたはニッケルメッキが施された
金属から形成された網状、スポンジ状、繊維状、もしくはフェルト状の金属多孔体を挙げ
ることができる。
3) セパレータ
このセパレータとしては例えばポリプロピレン不織布、ナイロン不織布、ポリプロピレ
ン繊維とナイロン繊維を混織した不織布のような高分子不織布などを挙げることができる
。
特に、表面が親水化処理されたポリプロピレン不織布はセパレータとして好適である。
4) アルカリ電解液
このアルカリ電解液としてはたとえば、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶
液、水酸化カリウム水溶液、NaOHとLiOH混合液、KOHとLiOH混合液、KO
H、LiOHとNaOHの混合液などを用いることが出来る。
本発明にかかるニッケル水素二次電池は、たとえば以下に説明する方法で製造される。ま
ず、正極および負極の間にセパレータを介在させて電極群を作製した後、この電極群を容
器内に収納したのち、前記容器にアルカリ電解液を注入した後、封口処理を行う。ついで
、室温以上の温度に保持した後に初充電を施すか、あるいは初充電を施した後に室温以上
の温度に保持することにより、前記二次電池を製造することができる。また、前記負極の
水素吸蔵合金粉末の平均粒径は15〜50μmの範囲にすることが好ましい。平均粒径が
10μm未満では、サイクル寿命が短くなり、一方50μmを超えると低温特性が低下す
る傾向にある。また、導電性基板にペーストを均一に塗布できなくなる可能性があり、電
池特性がばらついてしまう。
2) Positive electrode The positive electrode is only required to be able to be stably charged and discharged in an alkaline electrolyte. For example, a conductive material is added to nickel hydroxide powder as an active material and kneaded with a binder and water. The paste is prepared, filled in a conductive substrate, dried, and then molded.
The nickel hydroxide powder preferably holds a mixture of nickel hydroxide and at least one compound selected from the group consisting of zinc oxide, cobalt oxide, zinc hydroxide and cobalt hydroxide. . A nickel metal hydride secondary battery including a positive electrode including such nickel hydroxide powder and the negative electrode can significantly improve charge / discharge capacity and low-temperature discharge characteristics.
Examples of the conductive material include cobalt oxide, cobalt hydroxide, metallic cobalt, metallic nickel, and carbon.
Examples of the binder include carboxymethylcellulose, methylcellulose, sodium polyacrylate, polytetrafluoroethylene, and polyvinyl alcohol.
Examples of the conductive substrate include a net-like, sponge-like, fiber-like, or felt-like metal porous body made of nickel, stainless steel, or a metal plated with nickel.
3) Separator Examples of the separator include a polypropylene nonwoven fabric, a nylon nonwoven fabric, and a polymer nonwoven fabric such as a nonwoven fabric obtained by mixing polypropylene fibers and nylon fibers.
In particular, a polypropylene nonwoven fabric whose surface is subjected to a hydrophilic treatment is suitable as a separator.
4) Alkaline electrolyte Examples of the alkaline electrolyte include sodium hydroxide aqueous solution, lithium hydroxide aqueous solution, potassium hydroxide aqueous solution, NaOH and LiOH mixed solution, KOH and LiOH mixed solution, and KO.
H, a mixed solution of LiOH and NaOH, or the like can be used.
The nickel metal hydride secondary battery according to the present invention is manufactured, for example, by the method described below. First, an electrode group is prepared by interposing a separator between the positive electrode and the negative electrode, and after the electrode group is housed in a container, an alkaline electrolyte is injected into the container, and then a sealing process is performed. Next, the secondary battery can be manufactured by first charging after being held at a temperature of room temperature or higher, or by holding at a temperature of room temperature or higher after the initial charging. The average particle size of the hydrogen storage alloy powder of the negative electrode is preferably in the range of 15 to 50 μm. When the average particle size is less than 10 μm, the cycle life is shortened, while when it exceeds 50 μm, the low-temperature characteristics tend to deteriorate. Further, there is a possibility that the paste cannot be uniformly applied to the conductive substrate, and battery characteristics vary.
本発明にかかるニッケル水素二次電池の一例である円筒形ニッケル水素二次電池を図1に
示す。図1に示すように、水素吸蔵合金を含む負極11とニッケル酸化物を含む正極12
との間に電気絶縁性を有するセパレータ13を介装して密閉容器14内に収容し、この密
閉容器14内にアルカリ電解液を充填して構成される。
すなわち、水素吸蔵合金を含む水素吸蔵合金電極(負極)11は、非焼結式ニッケル電極
(正極)12との間にセパレータ13を介在して渦巻状に捲回され、有底円筒状の容器1
4内に収納されている。アルカリ電解液は、前記容器14内に収容されている。中央に穴
15を有する円形の封口板16は、前記容器14の上部開口部に配置されている。リング
状の絶縁性ガスケット17は、前記封口板16の周縁と前記容器14の上部開口部内面と
の間に配置され、前記上部開口部を内側に縮径するカシメ加工により前記容器14に前記
封口板16を前記ガスケット17を介して気密に固定している。正極リード18は、一端
が前記正極12に接続され、他端が前記封口板16の下面に接続されている。帽子形状を
なす正極端子19は、前記封口板16上に前記穴15を覆うように取り付けられている。
ゴム製の安全弁20は、前記封口板16と前記正極端子19で囲まれた空間内に前記穴1
5を塞ぐように配置されている。絶縁チューブ21は、前記正極端子19および前記容器
14の上端に載置される鍔紙22を固定するように前記容器14の上端付近に取り付けら
れている。
FIG. 1 shows a cylindrical nickel hydride secondary battery which is an example of a nickel hydride secondary battery according to the present invention. As shown in FIG. 1, a
The
That is, a hydrogen storage alloy electrode (negative electrode) 11 containing a hydrogen storage alloy is wound in a spiral shape with a
4 is accommodated. The alkaline electrolyte is accommodated in the
The
5 is arranged to block. The insulating
本発明にかかるニッケル水素二次電池は、前述した図1に示すような円筒形ニッケル水
素二次電池のほかに、正極と負極とをセパレータを介して交互に積層した構造の電極群と
アルカリ電解液とが有底矩形筒状の容器内に収納された構造の角型ニッケル水素二次電池
に同様に適用することができる。
このような電池によれば、高い放電容量を維持しつつ、−30℃付近の低温特性とサイ
クル寿命の双方を満足することが出来る。
本発明にかかる電池用水素吸蔵合金、負極あるいはNi水素二次電池はハイブリッド自動車
、および電気自動車用途に好適である。ハイブリッド自動車は外燃機関もしくは内燃機関
と、例えばモータからなる電気駆動手段と前記電気駆動手段用の電源とを具備する。前記
電源は、本発明にかかるニッケル水素二次電池を具備する。ハイブリッド自動車には、外
燃機関もしくは内燃機関が発電機を駆動し、発電した電力と前記二次電池からの電力によ
り電気駆動手段が車輪を駆動するものと、外燃機関もしくは内燃機関ならびに電気駆動手
段の双方の駆動力を使い分けて車輪を駆動するものとが包含される。
本発明にかかる電気自動車は駆動電源として本発明にかかるニッケル水素二次電池を具備
する。このような本発明のNi水素二次電池を用いれば、ハイブリッド自動車および電気
自動車によれば、燃費などの走行性能を高くすることが出来る。
The nickel metal hydride secondary battery according to the present invention includes an electrode group having a structure in which positive electrodes and negative electrodes are alternately stacked via separators in addition to the cylindrical nickel metal hydride secondary battery as shown in FIG. The present invention can be similarly applied to a prismatic nickel metal hydride secondary battery having a structure in which a liquid is housed in a bottomed rectangular cylindrical container.
According to such a battery, it is possible to satisfy both a low temperature characteristic around −30 ° C. and a cycle life while maintaining a high discharge capacity.
The hydrogen storage alloy for batteries, negative electrode or Ni-hydrogen secondary battery according to the present invention is suitable for hybrid vehicles and electric vehicles. The hybrid vehicle includes an external combustion engine or an internal combustion engine, an electric drive means such as a motor, and a power source for the electric drive means. The power source includes a nickel metal hydride secondary battery according to the present invention. In the hybrid vehicle, an external combustion engine or an internal combustion engine drives a generator, and an electric drive means drives a wheel by generated electric power and electric power from the secondary battery, an external combustion engine or an internal combustion engine, and an electric drive. It is included that the wheels are driven by using both driving forces of the means.
The electric vehicle according to the present invention includes the nickel metal hydride secondary battery according to the present invention as a drive power source. By using such a Ni hydrogen secondary battery of the present invention, according to the hybrid vehicle and the electric vehicle, driving performance such as fuel efficiency can be improved.
(実施例)
(実施例1〜66、比較例1〜15)
表1に示す実施例1〜66の合金について、Ar雰囲気下で高周波誘導加熱炉により作製
した。得られた母合金をAr雰囲気中で1000℃、5時間熱処理を行い、その後1℃/
min.の速さで冷却した。得られた合金は、粗粉砕後ハンマーミルで微粉砕後、平均粒
径20μmとした。なお、それぞれの合金はTEM観察により、主相(2H−La3MgNi14相と
3R−La2MgNi9相)の割合を評価した。
この合金粉末100重量部に対して、市販のカルボニル法で調整されたニッケル粉末を
0.5重量%とケッチェンブラック粉末を0.5重量部とを添加して混合した。この混合
粉末100重量部に対して、ポリテトラフルオロエチレン1重量部、ポリアクリル酸ナト
リウム0.2重量部、カルボキシルメチルセルロース0.2重量部、および水50重量部
を加えて撹拌し、ペーストを調整した。表面にニッケルめっきが施された鉄製穿孔薄板に
得られたペーストを塗布し、乾燥することにより塗工板を得た。得られた塗工板にロール
プレスを施すことにより、厚さ調整を行った後、所望の寸法に裁断し、水素吸蔵合金を含
む負極を作製した。
一方、セパレータとしてアクリル酸がグラフト共重合されたポリオレフィン系不織布を
用意した。
この負極と1500mAhの公称容量を有する公知技術によって作製されたペースト式ニ
ッケル正極とを、その間に前記セパレータを介在させながら渦巻き状に捲回することによ
り電極群を作製した。
得られた電極群と7molのKOH、0.5molのNaOHおよび0.5molのL
iOHを含むアルカリ電解液2.5mlとを友底円筒状容器内に収納し、封口することに
より、前述した図1に示す構造を有し、公称容量が1500mAhで、AAサイズの円筒
形ニッケル水素二次電池を組み立てた。
(Example)
(Examples 1-66, Comparative Examples 1-15)
About the alloy of Examples 1-66 shown in Table 1, it produced with the high frequency induction heating furnace in Ar atmosphere. The obtained master alloy was heat-treated in an Ar atmosphere at 1000 ° C. for 5 hours, and then 1 ° C. /
min. Cooled at a speed of. The obtained alloy was coarsely pulverized and then finely pulverized with a hammer mill, and the average particle size was 20 μm. Incidentally, each of the alloys by TEM observation was evaluated the percentage of the main phase (2H-La 3 MgNi 14 phase and 3R-La 2 MgNi 9 phase).
To 100 parts by weight of this alloy powder, 0.5% by weight of nickel powder prepared by a commercially available carbonyl method and 0.5 part by weight of ketjen black powder were added and mixed. To 100 parts by weight of the mixed powder, 1 part by weight of polytetrafluoroethylene, 0.2 part by weight of sodium polyacrylate, 0.2 part by weight of carboxymethyl cellulose, and 50 parts by weight of water are added and stirred to prepare a paste. did. The obtained paste was applied to an iron perforated thin plate whose surface was plated with nickel, and dried to obtain a coated plate. The obtained coated plate was roll-pressed to adjust the thickness, and then cut to a desired size to produce a negative electrode containing a hydrogen storage alloy.
On the other hand, a polyolefin nonwoven fabric in which acrylic acid was graft copolymerized was prepared as a separator.
An electrode group was produced by winding this negative electrode and a paste type nickel positive electrode produced by a known technique having a nominal capacity of 1500 mAh in a spiral shape with the separator interposed therebetween.
The obtained electrode group and 7 mol of KOH, 0.5 mol of NaOH and 0.5 mol of L
By storing 2.5 ml of alkaline electrolyte containing iOH in a close-bottom cylindrical container and sealing it, the structure shown in FIG. 1 described above has a nominal capacity of 1500 mAh and an AA size cylindrical nickel metal hydride. A secondary battery was assembled.
一方、比較例1〜15について、下記に示すそれぞれの手法で材料を作製し、評価用に
供した。
比較例1は、高周波誘導加熱炉を用いてAr雰囲気中で溶解した後、単ロール鋳造装置を用
いて、厚さ0.3〜0.4mmの帯状合金を作製し、得られた合金を850℃、4時間熱
処理することにより、評価用試料に供した。
比較例2は高周波溶解した溶湯を冷却板上に鋳込んだ後、890℃で12時間Ar雰囲気中
にて熱処理し、評価用試料に供した。
比較例3は、まずLaNi3とLaNi4を100gづつ混合し、鋼球の入った遊星型ボールミルの
中で、室温、アルゴン雰囲気中で10時間メカニカルアロイング処理を行った後、この合
金10gとLaNi5合金100gを同様の条件でメカニカルアロイングし、LaNi3、LaNi4、L
a5Ni19、LaNi5相からなる試料を作製した。
比較例4はアーク溶解炉で表に示した組成の合金をAr雰囲気中で作製した後、900℃で
12時間熱処理を行い、測定用試料とした。
比較例5は高周波誘導加熱炉を用いてAr雰囲気中で溶解したのち、900℃で10時間熱
処理を行った。
比較例6〜14は高周波誘導加熱炉を用いてAr雰囲気中で溶解したのち、900℃で10
時間熱処理を行った。
比較例15はLa0.7Mg0.3Ni2.5Co0.5は、高周波誘導加熱炉を用いて
Ar雰囲気中で溶解したのち、900℃で10時間熱処理を行った。得られた試料は、結晶
構造の解析の結果、3R-PuNi3型のLa2MgNi9相が50%、2H-Ce2Ni7型のLa3MgNi14相が25%
、2H-Pr5Co19型のLa4MgNi19相が15%、C15b型のLaMgNi4相が9%であった。
On the other hand, about Comparative Examples 1-15, material was produced with each method shown below, and it used for evaluation.
In Comparative Example 1, after melting in an Ar atmosphere using a high frequency induction heating furnace, a strip-shaped alloy having a thickness of 0.3 to 0.4 mm was produced using a single roll casting apparatus, and the obtained alloy was 850. The sample for evaluation was subjected to heat treatment at 4 ° C. for 4 hours.
In Comparative Example 2, the molten metal melted at high frequency was cast on a cooling plate, and then heat-treated in an Ar atmosphere at 890 ° C. for 12 hours to be used as an evaluation sample.
In Comparative Example 3, 100 g of LaNi 3 and LaNi 4 were first mixed and subjected to mechanical alloying treatment in a planetary ball mill containing steel balls for 10 hours at room temperature in an argon atmosphere. LaNi 5 alloy 100g is mechanically alloyed under the same conditions, LaNi 3 , LaNi 4 , L
Samples made of a 5 Ni 19 and LaNi 5 phases were prepared.
In Comparative Example 4, an alloy having the composition shown in the table was prepared in an arc melting furnace in an Ar atmosphere, and then heat-treated at 900 ° C. for 12 hours to obtain a measurement sample.
In Comparative Example 5, after melting in an Ar atmosphere using a high frequency induction heating furnace, heat treatment was performed at 900 ° C. for 10 hours.
Comparative Examples 6 to 14 were melted in an Ar atmosphere using a high frequency induction heating furnace, and then 10 ° C. at 900 ° C.
Time heat treatment was performed.
Comparative Example 15 is La0.7Mg0.3Ni2.5Co0.5 using a high frequency induction heating furnace.
After dissolution in an Ar atmosphere, heat treatment was performed at 900 ° C. for 10 hours. As a result of analyzing the crystal structure of the obtained sample, 3R-PuNi 3 type La 2 MgNi 9 phase is 50%, 2H-Ce 2 Ni 7 type La 3 MgNi 14 phase is 25%
The 2H—Pr 5 Co 19 type La 4 MgNi 19 phase was 15%, and the C15b type LaMgNi 4 phase was 9%.
上記した比較例の試料は、いずれもジェットミルにより粉砕し、平均粒径20μmとした
後、実施例と同様の方法で二次電池を作製した。
得られた実施例1〜66および比較例1〜15の二次電池について、室温で36時間放
置した。引き続き、150mAで15時間充電後、150mAの電流で電池電圧が0.8
Vになるまで放電する充放電サイクルを2回行った。この後、45℃の環境下で充放電サ
イクルを繰り返し、放電容量が1サイクル目の放電容量の80%以下に達するまでのサイ
クル数を測定し、前記サイクル数および1サイクル目の放電容量を表 に示す。なお、充
放電サイクルの充電過程充電電流を1500mAにし、充電時の最大電圧から10mV低
下したときに充電を終了する−ΔV法を用いて行った。一方、放電過程は3000mAの
電流で電池電圧が1.0Vになるまで行った。
評価は、容量、充放電サイクル寿命、低温特性(室温に比較した−30℃の放電容量)
、高率放電特性である。
表1〜3から明らかなとおり、本発明の水素吸蔵合金を用いたニッケル水素二次電池は優
れた特性を持ち合わせており、通常のデジカメ用電池など一般の単3,4を置き換える市
販電池から、ハイブリッド自動車用に適した電池であることがわかる。
All the samples of the comparative examples described above were pulverized by a jet mill to an average particle size of 20 μm, and then a secondary battery was produced in the same manner as in the example.
The obtained secondary batteries of Examples 1 to 66 and Comparative Examples 1 to 15 were left at room temperature for 36 hours. Subsequently, after charging for 15 hours at 150 mA, the battery voltage was 0.8 at a current of 150 mA.
The charge / discharge cycle for discharging to V was performed twice. Thereafter, the charge / discharge cycle is repeated under an environment of 45 ° C., the number of cycles until the discharge capacity reaches 80% or less of the discharge capacity of the first cycle is measured, and the number of cycles and the discharge capacity of the first cycle are represented. Shown in The charging process of the charging / discharging cycle was performed by using a -ΔV method in which the charging current was set to 1500 mA and the charging was terminated when the maximum voltage during charging was reduced by 10 mV. On the other hand, the discharging process was performed at a current of 3000 mA until the battery voltage reached 1.0V.
Evaluation is capacity, charge / discharge cycle life, low temperature characteristics (-30 ° C discharge capacity compared to room temperature)
High rate discharge characteristics.
As is apparent from Tables 1 to 3, the nickel-metal hydride secondary battery using the hydrogen storage alloy of the present invention has excellent characteristics. From a commercially available battery that replaces general AA 3 and 4 such as a normal digital camera battery, It turns out that it is a battery suitable for a hybrid vehicle.
(実施例67〜70)
表1に示す実施例1の組成の母合金について、同様の条件で作製した。得られた母合金は
Ar雰囲気中で1000℃、5時間熱処理を行い、その後種々の速度で400℃まで冷却
した。それぞれの冷却速度は、実施例67は5℃/min.、実施例68は2.5℃/m
in.,実施例69は0.5℃/min.実施例70は0.1℃/min.である。得ら
れた合金は、それぞれ粗粉砕した後、ハンマーミルで微粉砕を行い、平均粒径20μmと
した。
実施例1と同様にして負極を作製した。こののち、正極、セパレータとともに電池を作製
し、評価に供した。
得られた実施例67〜72の二次電池について、室温で36時間放置した。引き続き、
150mAで15時間充電後、150mAの電流で電池電圧が0.8Vになるまで放電す
る充放電サイクルを2回行った。この後、45℃の環境下で充放電サイクルを繰り返し、
放電容量が1サイクル目の放電容量の80%以下に達するまでのサイクル数を測定し、前
記サイクル数および1サイクル目の放電容量を表 に示す。なお、充放電サイクルの充電
過程充電電流を1500mAにし、充電時の最大電圧から10mV低下したときに充電を
終了する−ΔV法を用いて行った。一方、放電過程は3000mAの電流で電池電圧が1
.0Vになるまで行った。
評価は、容量、充放電サイクル寿命、低温特性(室温に比較した−30℃の放電容量)
、高率放電特性である。
表4から明らかなとおり、本発明の水素吸蔵合金を用いたニッケル水素二次電池は優れた
特性を持ち合わせており、通常のデジカメ用電池など一般の単3,4を置き換える市販電
池から、ハイブリッド自動車用に適した電池であることがわかる。
(Examples 67 to 70)
The mother alloy having the composition of Example 1 shown in Table 1 was produced under the same conditions. The obtained master alloy was heat-treated at 1000 ° C. for 5 hours in an Ar atmosphere, and then cooled to 400 ° C. at various speeds. Each cooling rate is 5 ° C./min. In Example 67. Example 68 is 2.5 ° C./m
in. , Example 69 was 0.5 ° C./min. Example 70 is 0.1 ° C./min. It is. Each of the obtained alloys was coarsely pulverized and then finely pulverized with a hammer mill to obtain an average particle size of 20 μm.
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1. After that, a battery was prepared together with the positive electrode and the separator and subjected to evaluation.
The obtained secondary batteries of Examples 67 to 72 were left at room temperature for 36 hours. Continue,
After charging at 150 mA for 15 hours, a charge / discharge cycle was performed twice, in which discharging was performed at a current of 150 mA until the battery voltage reached 0.8 V. After this, the charge / discharge cycle is repeated under an environment of 45 ° C.,
The number of cycles until the discharge capacity reaches 80% or less of the discharge capacity of the first cycle is measured, and the number of cycles and the discharge capacity of the first cycle are shown in the table. The charging process of the charging / discharging cycle was performed by using a -ΔV method in which the charging current was set to 1500 mA and the charging was terminated when the voltage decreased by 10 mV from the maximum voltage during charging. On the other hand, the discharge process is 3000 mA and the battery voltage is 1
. It went until it became 0V.
Evaluation is capacity, charge / discharge cycle life, low temperature characteristics (-30 ° C discharge capacity compared to room temperature)
High rate discharge characteristics.
As is apparent from Table 4, the nickel-metal hydride secondary battery using the hydrogen storage alloy of the present invention has excellent characteristics. From a commercially available battery replacing a general AA battery such as a normal digital camera battery, a hybrid vehicle It turns out that it is a battery suitable for use.
(実施例71〜89)
実施例1と同様にして、実施例71〜89の水素吸蔵合金を作製した。平均粒径を25
μmとして粉砕した後に、実施例71〜74は50重量%のKOH水溶液を60℃として
、この中に水素吸蔵合金粉末を浸漬させて表面処理を行った。実施例75〜78は60重
量%のNaOH水溶液を70℃として、この中に水素吸蔵合金粉末を浸漬させて表面処理
を行った。実施例79〜80は塩酸を用いてpHを2に設定し、40℃水溶液中で、水素
吸蔵合金粉末を浸漬させて表面処理を行った。実施例81〜82は硝酸を用いてpHを2
に設定し、60℃とした水溶液中で、水素吸蔵合金粉末を浸漬させて表面処理を行った。
実施例83〜84はシュウ酸を用いてpH4に設定し、50℃とした水溶液中で表面処理
、実施例85〜89はアンモニアによる表面処理を行った。
得られた水素吸蔵合金粉末を用い、実施例1と同様にして負極を作製した。こののち、正
極、セパレータとともに電池を作製し、評価に供した。
得られた実施例71〜89および比較例1〜10の二次電池について、室温で36時間
放置した。引き続き、150mAで15時間充電後、150mAの電流で電池電圧が0.
8Vになるまで放電する充放電サイクルを2回行った。この後、45℃の環境下で充放電
サイクルを繰り返し、放電容量が1サイクル目の放電容量の80%以下に達するまでのサ
イクル数を測定し、前記サイクル数および1サイクル目の放電容量を表 に示す。なお、
充放電サイクルの充電過程充電電流を1500mAにし、充電時の最大電圧から10mV
低下したときに充電を終了する−ΔV法を用いて行った。一方、放電過程は3000mA
の電流で電池電圧が1.0Vになるまで行った。
評価の数値化としては、容量、寿命、低温特性、高率放電特性である。
表4から明らかなとおり、本発明の水素吸蔵合金を用いたニッケル水素二次電池は優れた
特性を持ち合わせており、ハイブリッド自動車用、および電気自動車用に適した電池であ
ることがわかる。
(Examples 71-89)
In the same manner as in Example 1, hydrogen storage alloys of Examples 71 to 89 were produced. The average particle size is 25
After pulverizing to μm, in Examples 71 to 74, a 50 wt% KOH aqueous solution was set to 60 ° C., and the hydrogen storage alloy powder was immersed in the surface treatment. In Examples 75 to 78, a surface treatment was performed by immersing the hydrogen storage alloy powder in a 60 wt% NaOH aqueous solution at 70 ° C. In Examples 79 to 80, the pH was set to 2 using hydrochloric acid, and surface treatment was performed by immersing the hydrogen storage alloy powder in a 40 ° C. aqueous solution. Examples 81-82 use nitric acid to adjust the pH to 2
And the surface treatment was performed by immersing the hydrogen storage alloy powder in an aqueous solution at 60 ° C.
Examples 83 to 84 were subjected to surface treatment in an aqueous solution set to pH 4 using oxalic acid and adjusted to 50 ° C., and Examples 85 to 89 were subjected to surface treatment with ammonia.
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained hydrogen storage alloy powder. After that, a battery was prepared together with the positive electrode and the separator and subjected to evaluation.
The obtained secondary batteries of Examples 71 to 89 and Comparative Examples 1 to 10 were left at room temperature for 36 hours. Subsequently, after charging for 15 hours at 150 mA, the battery voltage was reduced to 0.1 at a current of 150 mA.
The charge / discharge cycle for discharging to 8V was performed twice. Thereafter, the charge / discharge cycle is repeated under an environment of 45 ° C., the number of cycles until the discharge capacity reaches 80% or less of the discharge capacity of the first cycle is measured, and the number of cycles and the discharge capacity of the first cycle are represented. Shown in In addition,
Charging process of charging / discharging cycle Charging current is set to 1500 mA and 10 mV from the maximum voltage during charging.
The charging was terminated by using the -ΔV method which ends charging. On the other hand, the discharge process is 3000 mA.
The battery voltage was 1.0 V at a current of
The numerical evaluation is capacity, life, low temperature characteristics, and high rate discharge characteristics.
As is apparent from Table 4, the nickel metal hydride secondary battery using the hydrogen storage alloy of the present invention has excellent characteristics, and is found to be a battery suitable for a hybrid vehicle and an electric vehicle.
(実施例90〜94)
実施例1と同様にして、実施例90〜94の水素吸蔵合金を作製した。平均粒径を25μ
mとして粉砕した後に、負極を作製する際に希土類酸化物を1重量%混合させた。
得られた水素吸蔵合金粉末を用い、実施例1と同様にして負極を作製した。こののち、正
極、セパレータとともに電池を作製し、評価に供した。
得られた実施例90〜94の二次電池について、室温で36時間放置した。引き続き、
150mAで15時間充電後、150mAの電流で電池電圧が0.8Vになるまで放電す
る充放電サイクルを2回行った。この後、45℃の環境下で充放電サイクルを繰り返し、
放電容量が1サイクル目の放電容量の80%以下に達するまでのサイクル数を測定し、前
記サイクル数および1サイクル目の放電容量を表 に示す。なお、充放電サイクルの充電
過程充電電流を1500mAにし、充電時の最大電圧から10mV低下したときに充電を
終了する−ΔV法を用いて行った。一方、放電過程は3000mAの電流で電池電圧が1
.0Vになるまで行った。
表2から明らかなとおり、本発明の水素吸蔵合金を用いたニッケル水素二次電池は優れた
特性を持ち合わせており、通常の単2、3、4などの電池のみならず、ハイブリッド自動
車用、および電気自動車用に適した電池であることがわかる。
(Examples 90 to 94)
In the same manner as in Example 1, hydrogen storage alloys of Examples 90 to 94 were produced. Average particle size 25μ
After crushing as m, 1% by weight of rare earth oxide was mixed when producing the negative electrode.
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained hydrogen storage alloy powder. After that, a battery was prepared together with the positive electrode and the separator and subjected to evaluation.
The obtained secondary batteries of Examples 90 to 94 were left at room temperature for 36 hours. Continue,
After charging at 150 mA for 15 hours, a charge / discharge cycle was performed twice, in which discharging was performed at a current of 150 mA until the battery voltage reached 0.8 V. After this, the charge / discharge cycle is repeated under an environment of 45 ° C.,
The number of cycles until the discharge capacity reaches 80% or less of the discharge capacity of the first cycle is measured, and the number of cycles and the discharge capacity of the first cycle are shown in the table. The charging process of the charging / discharging cycle was performed by using a -ΔV method in which the charging current was set to 1500 mA and the charging was terminated when the voltage decreased by 10 mV from the maximum voltage during charging. On the other hand, the discharge process is 3000 mA and the battery voltage is 1
. It went until it became 0V.
As is clear from Table 2, the nickel metal hydride secondary battery using the hydrogen storage alloy of the present invention has excellent characteristics, not only for ordinary single 2, 3, 4, etc. batteries, but also for hybrid vehicles, and It turns out that it is a battery suitable for electric vehicles.
11 水素吸蔵合金電極(負極)
12 非焼結式ニッケル電極(正極)
13 セパレータ
14 容器
15 穴
16 封口板
17 絶縁性ガスケット
18 正極リード
19 正極端子
20 安全弁
21 絶縁チューブ
22 鍔紙
11 Hydrogen storage alloy electrode (negative electrode)
12 Non-sintered nickel electrode (positive electrode)
13
Claims (2)
R:La,Ce,Pr,Nd、Smから選ばれる少なくとも1種R: At least one selected from La, Ce, Pr, Nd, and Sm
M:Fe,Co,Mn,Cu,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wから選ばれM: selected from Fe, Co, Mn, Cu, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W
る少なくとも1種At least one
X:Al,Ga,Zn,Sn,Si,B,C,Pから選ばれる少なくとも1種X: at least one selected from Al, Ga, Zn, Sn, Si, B, C, and P
0<a<0.250 <a <0.25
3.0≦b≦4.03.0 ≦ b ≦ 4.0
0≦c≦1.00 ≦ c ≦ 1.0
0.1≦d≦1.00.1 ≦ d ≦ 1.0
3.6<b+c+d≦4.053.6 <b + c + d ≦ 4.05
で表され、少なくともCaCuAnd at least CaCu 55 型結晶相は含まず、2H型の積層構造をもつLaType crystal phase is not included, and La having a 2H type laminated structure 33 MgMg
NiNi 1414 型結晶相と3Rの積層構造をもつLaLa with a laminated crystal phase and 3R laminated structure 22 MgNiMgNi 99 型相の2相の合計が面積比9The total of the two phases of the mold phase is an area ratio of 9
0%以上を含む平均粒径10〜50μmの水素吸蔵合金を用いた負極と正極と電解液とかA negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte using a hydrogen storage alloy having an average particle size of 10 to 50 μm including 0% or more
らなることにより、室温に比較した−30℃の放電容量が0.36以上であることを特徴Therefore, the discharge capacity at −30 ° C. compared to room temperature is 0.36 or more.
とするニッケル水素二次電池。Nickel metal hydride secondary battery.
R:La,Ce,Pr,Nd、Smから選ばれる少なくとも1種R: At least one selected from La, Ce, Pr, Nd, and Sm
A:Ca,Sr,Baから選ばれる少なくとも1種A: At least one selected from Ca, Sr, and Ba
M:Fe,Co,Mn,Cu,Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wから選ばれM: selected from Fe, Co, Mn, Cu, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W
る少なくとも1種At least one
X:Al,Ga,Zn,Sn,Si,B,C,Pから選ばれる少なくとも1種X: at least one selected from Al, Ga, Zn, Sn, Si, B, C, and P
0<a<0.250 <a <0.25
0<x≦0.50 <x ≦ 0.5
3.0≦b≦4.03.0 ≦ b ≦ 4.0
0≦c≦1.00 ≦ c ≦ 1.0
0.1≦d≦1.00.1 ≦ d ≦ 1.0
3.6<b+c+d≦4.053.6 <b + c + d ≦ 4.05
で表され、少なくともCaCuAnd at least CaCu 55 型結晶相は含まず、2H型の積層構造をもつLaType crystal phase is not included, and La having a 2H type laminated structure 33 MgMg
NiNi 1414 型結晶相と3Rの積層構造をもつLaLa with a laminated crystal phase and 3R laminated structure 22 MgNiMgNi 99 型相の2相の合計が面積比9The total of the two phases of the mold phase is an area ratio of 9
0%以上を含む平均粒径10〜50μmの水素吸蔵合金を用いた負極と正極と電解液とかA negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte using a hydrogen storage alloy having an average particle size of 10 to 50 μm including 0% or more
らなることにより、室温に比較した−30℃の放電容量が0.36以上であることを特徴Therefore, the discharge capacity at −30 ° C. compared to room temperature is 0.36 or more.
とするニッケル水素二次電池。Nickel metal hydride secondary battery.
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