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JP5991525B2 - Alkaline storage battery - Google Patents

Alkaline storage battery Download PDF

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JP5991525B2 JP2012203413A JP2012203413A JP5991525B2 JP 5991525 B2 JP5991525 B2 JP 5991525B2 JP 2012203413 A JP2012203413 A JP 2012203413A JP 2012203413 A JP2012203413 A JP 2012203413A JP 5991525 B2 JP5991525 B2 JP 5991525B2
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亜希子 宮原
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真一 住山
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Description

本発明は、アルカリ蓄電池に関し、特に、マグネシウムを含む水素吸蔵合金を含む負極を用いるアルカリ蓄電池における電解液の改良に関する。   The present invention relates to an alkaline storage battery, and more particularly to an improvement in an electrolyte solution in an alkaline storage battery using a negative electrode including a hydrogen storage alloy containing magnesium.

負極活物質として水素吸蔵合金を含む負極を用いるアルカリ蓄電池は、出力特性に優れる上、耐久性(寿命特性や保存特性など)も高い。そのため、このようなアルカリ蓄電池は、電気自動車などの動力電源として注目を集めている。一方で、近年は、リチウムイオン二次電池もこの用途に用いられているため、アルカリ蓄電池の利点を際立たせる観点から、出力特性および耐久性などの電池特性をさらに向上させることが望まれている。   An alkaline storage battery using a negative electrode containing a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material has excellent output characteristics and high durability (such as life characteristics and storage characteristics). Therefore, such alkaline storage batteries are attracting attention as power sources for electric vehicles and the like. On the other hand, in recent years, since lithium ion secondary batteries are also used for this purpose, it is desired to further improve battery characteristics such as output characteristics and durability from the viewpoint of highlighting the advantages of alkaline storage batteries. .

水素吸蔵合金としては、主にCaCu5型の結晶構造を有する水素吸蔵合金が用いられている。高い合金容量が必要とされる場合などには、Ce2Ni7型またはCeNi3型の結晶構造を含む水素吸蔵合金が用いられている。また、アルカリ蓄電池の電池特性を向上させるために、電解液の組成や量を最適化する試みもなされている。 As the hydrogen storage alloy, a hydrogen storage alloy having a CaCu 5 type crystal structure is mainly used. When a high alloy capacity is required, a hydrogen storage alloy containing a Ce 2 Ni 7 type or CeNi 3 type crystal structure is used. In addition, attempts have been made to optimize the composition and amount of the electrolytic solution in order to improve the battery characteristics of the alkaline storage battery.

例えば、特許文献1では、低温放電特性や容量をさらに高めるために、MgおよびNiを含む水素吸蔵合金を負極に使用し、理論容量1Ah当りの水素吸蔵合金の量X(g)、および正極の理論容量1Ah当りの電解液の量Y(ml)が、3.2≦X≦5.0 、0.9≦Y≦0.2X+0.7を満たすようにすることが提案されている。   For example, in Patent Document 1, in order to further improve the low-temperature discharge characteristics and capacity, a hydrogen storage alloy containing Mg and Ni is used for the negative electrode, the amount X (g) of hydrogen storage alloy per theoretical capacity 1 Ah, and the positive electrode It has been proposed that the amount Y (ml) of the electrolytic solution per theoretical capacity 1 Ah satisfies 3.2 ≦ X ≦ 5.0 and 0.9 ≦ Y ≦ 0.2X + 0.7.

また、特許文献2には、高温雰囲気下での充電受入れ性や常温での正極利用率を高めるために、電解液に含まれる全アルカリに対して、5〜40モル%の水酸化カリウムを用いることが提案されている。特許文献2で実際に使用されている電解液は、水酸化カリウムよりも高濃度の水酸化ナトリウムを含む。
特許文献3には、電池容量を増大させるために、電解液に含まれる全金属水酸化物に対して20〜50モル%の水酸化ナトリウムを用いることが提案されている。
Patent Document 2 uses 5 to 40 mol% of potassium hydroxide with respect to the total alkali contained in the electrolytic solution in order to increase the charge acceptability in a high temperature atmosphere and the positive electrode utilization rate at room temperature. It has been proposed. The electrolytic solution actually used in Patent Document 2 contains sodium hydroxide at a higher concentration than potassium hydroxide.
In Patent Document 3, it is proposed to use 20 to 50 mol% of sodium hydroxide with respect to the total metal hydroxide contained in the electrolytic solution in order to increase the battery capacity.

特開平11−162503号公報JP-A-11-162503 特開2003−229167号公報JP 2003-229167 A 特開平11−219702号公報JP-A-11-219702

アルカリ蓄電池では、導電性の点から、電解質として水酸化カリウムが使用されており、特許文献1でも、水酸化カリウムを含む電解液が好ましいと記載されている。しかし、Mgを含む水素吸蔵合金を含む負極に、水酸化カリウムを多く含む電解液を組み合わせると、水素吸蔵合金に含まれるMgが、電解液中に溶出して、水素吸蔵合金が腐食し易くなる。特に、電池を高温保存すると、Mgの溶出が顕著になり易く、水素吸蔵合金の腐食が進行して、容量の低下や電解液枯れによる電池劣化を生じ易い。そのため、容量の大きな水素吸蔵合金を用いても、その容量を有効利用することは困難である。また、高温保存後には、電池が劣化し易いため、サイクル寿命を向上することは困難である。   In alkaline storage batteries, potassium hydroxide is used as an electrolyte from the viewpoint of conductivity, and Patent Document 1 also describes that an electrolyte containing potassium hydroxide is preferable. However, when an electrolyte containing a large amount of potassium hydroxide is combined with a negative electrode containing a hydrogen storage alloy containing Mg, Mg contained in the hydrogen storage alloy is eluted into the electrolyte and the hydrogen storage alloy is easily corroded. . In particular, when the battery is stored at a high temperature, the elution of Mg tends to be remarkable, the corrosion of the hydrogen storage alloy proceeds, and the battery is liable to be deteriorated due to a decrease in capacity or withering of the electrolyte. Therefore, even if a hydrogen storage alloy having a large capacity is used, it is difficult to effectively use the capacity. Moreover, since the battery is likely to deteriorate after high temperature storage, it is difficult to improve the cycle life.

特許文献2および特許文献3では、電解液が水酸化ナトリウムを比較的多く含む。しかし、水酸化ナトリウムを多く含む電解液は、導電性が低いため、低温(例えば、0℃以下)においては放電特性を高めることは困難である。   In Patent Document 2 and Patent Document 3, the electrolytic solution contains a relatively large amount of sodium hydroxide. However, since the electrolyte containing a large amount of sodium hydroxide has low conductivity, it is difficult to improve discharge characteristics at low temperatures (for example, 0 ° C. or lower).

本発明の目的は、Mgを含む水素吸蔵合金を含む負極を用いる場合に、低温での放電特性と、高温での保存特性との双方を向上し、幅広い温度範囲において使用可能なアルカリ蓄電池を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an alkaline storage battery that can be used in a wide temperature range by improving both low temperature discharge characteristics and high temperature storage characteristics when using a negative electrode containing a hydrogen storage alloy containing Mg. The purpose is to do.

本発明の一局面は、ニッケルを含む正極と、水素を電気化学的に吸蔵および放出可能な水素吸蔵合金を含む負極と、正極および負極の間に介在するセパレータと、アルカリ電解液とを具備し、水素吸蔵合金が、La、Mg、Ni、Co、Al、および元素Mを含み、LaとMgの合計に占めるMgのモル比xは、0.01≦x≦0.5であり、LaとMgの合計に対するNiのモル比yは、2≦y≦4であり、LaとMgの合計に対するCoのモル比zは、0.25≦z≦0.75であり、LaとMgの合計に対するAlのモル比αは、0.01≦α≦0.06であり、元素Mは、YおよびSnからなる群より選択される少なくとも1種であり、元素Mの量が、水素吸蔵合金の0.01〜0.4質量%であり、アルカリ電解液は、0.08〜40.2質量%の水酸化カリウムKOH、9.7〜30.4質量%の水酸化ナトリウムNaOH、および0.05〜0.53質量%の水酸化リチウムLiOHを含有する、アルカリ蓄電池に関する。
One aspect of the present invention includes a positive electrode including nickel, a negative electrode including a hydrogen storage alloy capable of electrochemically storing and releasing hydrogen, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an alkaline electrolyte. The hydrogen storage alloy contains La, Mg, Ni, Co, Al, and the element M, and the molar ratio x of Mg in the total of La and Mg is 0.01 ≦ x ≦ 0.5, and La and The molar ratio y of Ni to the total of Mg is 2 ≦ y ≦ 4, and the molar ratio z of Co to the total of La and Mg is 0.25 ≦ z ≦ 0.75, and is relative to the total of La and Mg. The molar ratio α of Al is 0.01 ≦ α ≦ 0.06, the element M is at least one selected from the group consisting of Y and Sn, and the amount of the element M is 0 % in the hydrogen storage alloy. 0.01 to 0.4% by mass , and the alkaline electrolyte is 0.08 to 4%. The present invention relates to an alkaline storage battery containing 0.2% by mass of potassium hydroxide KOH, 9.7-30.4% by mass of sodium hydroxide NaOH, and 0.05-0.53% by mass of lithium hydroxide LiOH.

本発明によれば、アルカリ蓄電池において、低温での導電性を向上できるため、低温での放電特性を向上できるとともに、負極に使用する水素吸蔵合金に含まれるMgなどの構成元素の溶出を抑制できるため、高温保存特性を向上することができる。   According to the present invention, in an alkaline storage battery, conductivity at low temperature can be improved, so that discharge characteristics at low temperature can be improved, and elution of constituent elements such as Mg contained in a hydrogen storage alloy used for the negative electrode can be suppressed. Therefore, high temperature storage characteristics can be improved.

図1は、水素吸蔵合金中に含まれるCoおよびMgのアルカリ水溶液に対する溶出量を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the elution amounts of Co and Mg contained in a hydrogen storage alloy with respect to an alkaline aqueous solution. 図2は、本発明の一実施形態に係るアルカリ蓄電池の構造を模式的に示す縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of an alkaline storage battery according to an embodiment of the present invention.

本発明のアルカリ蓄電池は、ニッケルを含む正極と、水素を電気化学的に吸蔵および放出可能な水素吸蔵合金を含む負極と、前記正極および前記負極の間に介在するセパレータと、アルカリ電解液とを具備する。   The alkaline storage battery of the present invention comprises a positive electrode containing nickel, a negative electrode containing a hydrogen storage alloy capable of electrochemically storing and releasing hydrogen, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an alkaline electrolyte. It has.

水素吸蔵合金は、La、Mg、Ni、Co、Al、および元素Mを含み、LaとMgの合計に占めるMgのモル比xは、0.01≦x≦0.5であり、LaとMgの合計に対するNiのモル比yは、2≦y≦4であり、LaとMgの合計に対するCoのモル比zは、0.25≦z≦0.75であり、LaとMgの合計に対するAlのモル比αは、0.01≦α≦0.06である。元素Mは、YおよびSnからなる群より選択される少なくとも1種であり、元素Mの量は、前記水素吸蔵合金の0.45質量%以下である。   The hydrogen storage alloy includes La, Mg, Ni, Co, Al, and the element M, and the molar ratio x of Mg in the total of La and Mg is 0.01 ≦ x ≦ 0.5, and La and Mg The molar ratio y of Ni with respect to the sum of is 2 ≦ y ≦ 4, the molar ratio z of Co with respect to the sum of La and Mg is 0.25 ≦ z ≦ 0.75, and Al with respect to the sum of La and Mg The molar ratio α is 0.01 ≦ α ≦ 0.06. The element M is at least one selected from the group consisting of Y and Sn, and the amount of the element M is 0.45% by mass or less of the hydrogen storage alloy.

上記のような水素吸蔵合金は、水素吸蔵量が大きく、容量を高めることができる。その一方、アルカリ蓄電池内では、水素吸蔵合金の構成元素がアルカリ電解液中に溶出して、水素吸蔵合金の腐食が進行する場合がある。水素吸蔵合金が腐食すると、容量が低下したり、電解液が部分的に枯渇したりするため、電池が劣化する。水素吸蔵合金の構成元素の溶出は、特に高温で顕著になりやすいため、高温で保存すると、水素吸蔵合金の腐食がさらに進行し易くなる。   The hydrogen storage alloy as described above has a large amount of hydrogen storage and can increase the capacity. On the other hand, in the alkaline storage battery, the constituent elements of the hydrogen storage alloy may elute into the alkaline electrolyte and the corrosion of the hydrogen storage alloy may proceed. When the hydrogen storage alloy is corroded, the capacity is reduced and the electrolyte is partially depleted, so that the battery is deteriorated. The elution of the constituent elements of the hydrogen storage alloy tends to become remarkable particularly at high temperatures. Therefore, when stored at a high temperature, the corrosion of the hydrogen storage alloy further proceeds more easily.

本発明者らは、水素吸蔵合金の構成元素の溶出性が、構成元素の種類、およびアルカリ電解液中に含まれるカチオンの種類によって異なることを見出した。以下に、より詳細に説明する。   The present inventors have found that the elution properties of the constituent elements of the hydrogen storage alloy differ depending on the kind of constituent elements and the kind of cations contained in the alkaline electrolyte. This will be described in more detail below.

上記の水素吸蔵合金を用いて、水素吸蔵合金の構成元素のアルカリ水溶液に対する溶解性を検討した。具体的には、20μmおよび150μmメッシュの篩で分級した、粒径が20〜150μmの範囲の水素吸蔵合金粒子を、所定濃度の水酸化ナトリウム水溶液で表面処理し、水洗し、乾燥して得られる粒子を用いた。この粒子3gを、30mlのアルカリ水溶液に加え、80℃で4時間、振動撹拌し、水素吸蔵合金から溶出した元素の量を測定した。アルカリ水溶液としては、KOH、NaOHまたはLiOHを5mol/Lの濃度で含む水溶液を用いた。   Using the above hydrogen storage alloy, the solubility of the constituent elements of the hydrogen storage alloy in an alkaline aqueous solution was examined. Specifically, hydrogen storage alloy particles having a particle size in the range of 20 to 150 μm classified by a 20 μm and 150 μm mesh sieve are surface-treated with a predetermined concentration of sodium hydroxide aqueous solution, washed with water, and dried. Particles were used. 3 g of these particles were added to 30 ml of an alkaline aqueous solution, and stirred with vibration at 80 ° C. for 4 hours, and the amount of the element eluted from the hydrogen storage alloy was measured. As the alkaline aqueous solution, an aqueous solution containing KOH, NaOH or LiOH at a concentration of 5 mol / L was used.

アルカリ水溶液中に溶出した元素の量は、誘導結合プラズマ(ICP)分析により、定量測定することができる。ICP分析は、例えば、JIS K0116に規定されるICP発光分光分析装置を用いることにより行うことができる。具体的には、上記のアルカリ水溶液を、JIS K0116にしたがってプラズマトーチ中に噴霧し、特定波長の発光強度により、試料中の元素量を定量する。   The amount of the element eluted in the alkaline aqueous solution can be quantitatively measured by inductively coupled plasma (ICP) analysis. The ICP analysis can be performed by using, for example, an ICP emission spectroscopic analyzer defined in JIS K0116. Specifically, the alkaline aqueous solution is sprayed into a plasma torch according to JIS K0116, and the amount of elements in the sample is quantified based on the emission intensity at a specific wavelength.

水素吸蔵合金粒子として、組成がLa0.7Mg0.3Ni2.75Co0.5Al0.05の水素吸蔵合金に対して、Yを0.3質量%導入したものを用いた場合の結果を図1に示す。図1は、KOH、NaOHまたはLiOHをアルカリとして含むアルカリ水溶液中での、上記合金粒子のCoおよびMgの溶出量を示すグラフである。 FIG. 1 shows the results when using 0.3 mass% Y of hydrogen storage alloy particles with a composition of La 0.7 Mg 0.3 Ni 2.75 Co 0.5 Al 0.05 . FIG. 1 is a graph showing the elution amounts of Co and Mg of the alloy particles in an alkaline aqueous solution containing KOH, NaOH or LiOH as an alkali.

図1から明らかなように、Coの溶出性は、KOH<NaOH<LiOHの順に高くなる。これに対し、Mgの溶出性は、NaOH<KOH<LiOHの順に高くなる。つまり、アルカリ水溶液中に含まれるカチオンの種類によって、合金粒子に含まれる構成元素の溶出性が異なり、合金粒子の腐食性も異なることが分かる。   As is clear from FIG. 1, the elution of Co increases in the order of KOH <NaOH <LiOH. On the other hand, the elution property of Mg increases in the order of NaOH <KOH <LiOH. That is, it can be seen that the elution properties of the constituent elements contained in the alloy particles are different depending on the types of cations contained in the alkaline aqueous solution, and the corrosivity of the alloy particles is also different.

各元素の溶出メカニズムの詳細は、不明であるが、Mgの溶出性は、アルカリ水溶液に含まれるカチオンのイオン化傾向に従っている。ナトリウムを含むNaOHは、KOHと比較して、Mgの溶出を抑制することができる。   Although the details of the elution mechanism of each element are unknown, the elution of Mg follows the ionization tendency of cations contained in the alkaline aqueous solution. NaOH containing sodium can suppress elution of Mg as compared with KOH.

Mgを含む水素吸蔵合金の場合、アルカリ水溶液に溶出する溶出物は、Mg2+などのMgイオンの他、他のアルカリ土類金属イオン、軽希土類金属イオン(La3+など)、錯陰イオン(例えばAlO2 -など)などが挙げられる。水素吸蔵合金から溶出したこのような成分は、水酸化物(例えば、La(OH)3などの軽希土類金属の水酸化物など)、酸化物(例えば、MnやMgなどを含む複合酸化物など)などとして、再析出する。このような析出物が堆積すると、正極と負極とが短絡して、電池電圧が低下し、電池の劣化を招く。特に高温保存時には、水素吸蔵合金からの構成元素の溶出が顕著になるため、電池の劣化も顕著になる。 In the case of a hydrogen storage alloy containing Mg, the eluate eluted into the aqueous alkali solution is Mg ions such as Mg 2+ , other alkaline earth metal ions, light rare earth metal ions (La 3+ etc.), complex anions, etc. (e.g. AlO 2 -, etc.) and the like. Such components eluted from the hydrogen storage alloy include hydroxides (for example, hydroxides of light rare earth metals such as La (OH) 3 ), oxides (for example, complex oxides including Mn, Mg, etc.) ) And so on. When such a deposit is deposited, the positive electrode and the negative electrode are short-circuited, the battery voltage is lowered, and the battery is deteriorated. In particular, during storage at a high temperature, the elution of the constituent elements from the hydrogen storage alloy becomes significant, so that the deterioration of the battery becomes significant.

MgおよびCoを含む水素吸蔵合金において、Mgの溶出量は、Coの溶出量よりも少ないものの、Mgは、Coよりも再析出し易いため、電池劣化が生じやすい。溶出量だけを見れば、Coの溶出量が少ないKOHを電解質として用いるのが有利であると考えられる。しかし、Mgの溶出量はわずかであっても、電池劣化の原因となるため、電池劣化を抑制する観点からは、KOHよりもNaOHを電解質として用いるのが有利である。   In a hydrogen storage alloy containing Mg and Co, although the elution amount of Mg is smaller than the elution amount of Co, since Mg is more likely to reprecipitate than Co, battery deterioration is likely to occur. If only the amount of elution is observed, it is considered advantageous to use KOH with a small amount of Co elution as the electrolyte. However, even if the elution amount of Mg is small, it causes battery deterioration. From the viewpoint of suppressing battery deterioration, it is advantageous to use NaOH as an electrolyte rather than KOH.

ところが、Naは、Kよりもイオン化傾向が低いため、NaOHはKOHに比べて、導電性が低くなる。導電性の低下は、特に低温下で顕著になりやすいため、NaOHを電解質として用いると、低温下での放電特性を損ないやすい。   However, since Na has a lower ionization tendency than K, NaOH has a lower conductivity than KOH. The decrease in conductivity is likely to be noticeable particularly at low temperatures. Therefore, when NaOH is used as an electrolyte, the discharge characteristics at low temperatures are likely to be impaired.

また、LiOHは、アルカリ電解液中でのイオンの移動度が高いため、特に低温での導電性を確保するのに有利である。また、LiOHは正極の安定性に影響し、放電末期の過電圧を緩和する役割を有する。   In addition, LiOH has a high ion mobility in an alkaline electrolyte, and thus is advantageous for ensuring conductivity at a low temperature. LiOH also affects the stability of the positive electrode and has a role to alleviate overvoltage at the end of discharge.

このように、高温保存特性および低温放電特性は、アルカリ電解液中のカチオンの種類に大きく影響され、特に、Mgを含む水素吸蔵合金を含む負極を用いる場合には、双方の特性を両立させることは難しい。   Thus, the high-temperature storage characteristics and the low-temperature discharge characteristics are greatly influenced by the type of cation in the alkaline electrolyte, and in particular when using a negative electrode containing a hydrogen storage alloy containing Mg, both characteristics must be compatible. Is difficult.

このような観点に鑑み、本発明者らは、Mgを含む上記のような特定の組成の水素吸蔵合金を含む負極を使用する場合、アルカリ電解液中のアルカリの種類を選択して、その含有量を調整することにより、高温保存特性および低温放電特性のいずれも向上できることを見出した。これらの特性を両立できることにより、本発明では、幅広い温度範囲で利用できるアルカリ蓄電池を提供することができる。   In view of such a viewpoint, when using the negative electrode containing the hydrogen storage alloy having the specific composition as described above containing Mg, the present inventors select the type of alkali in the alkaline electrolyte and include the negative electrode. It was found that by adjusting the amount, both high temperature storage characteristics and low temperature discharge characteristics can be improved. By satisfying these characteristics, the present invention can provide an alkaline storage battery that can be used in a wide temperature range.

本発明では、上記の負極と組み合わせて、0.08〜40.2質量%のKOH、9.7〜30.4質量%のNaOH、および0.53質量%以下のLiOHを含有するアルカリ電解液を用いる。   In the present invention, an alkaline electrolyte containing 0.08 to 40.2 mass% KOH, 9.7 to 30.4 mass% NaOH, and 0.53 mass% or less LiOH in combination with the negative electrode described above. Is used.

KOHは、NaOHに比較すると、Mgの溶出性が高いものの、水溶液中で容易に電離して、高い導電性を示すため、低温下での導電性の低下を防止するのに有利である。アルカリ電解液中のKOHの含有量が0.08質量%未満では、低温下での導電性の低下を十分に抑制することが困難である。また、KOHの含有量が、40.2質量%を超えると、特に高温では、Mgなどの水素吸蔵合金の構成元素の溶出量が多くなり、負極の劣化が進行するため、高温保存特性が低下する。また、アルカリ電解液中のイオンが過剰に存在することになり、イオン同士が干渉するため、イオンの移動スピードが低下し、常温であっても放電特性が低下する。   Although KOH has higher elution of Mg than NaOH, it is easily ionized in an aqueous solution and exhibits high conductivity, which is advantageous in preventing a decrease in conductivity at low temperatures. When the content of KOH in the alkaline electrolyte is less than 0.08% by mass, it is difficult to sufficiently suppress the decrease in conductivity at low temperatures. In addition, when the KOH content exceeds 40.2 mass%, the elution amount of constituent elements of the hydrogen storage alloy such as Mg increases especially at high temperatures, and the deterioration of the negative electrode proceeds, so that the high-temperature storage characteristics deteriorate. To do. In addition, since ions in the alkaline electrolyte are excessively present and the ions interfere with each other, the speed of ion movement decreases, and the discharge characteristics deteriorate even at room temperature.

また、アルカリ電解液中のNaOHの含有量が、9.7質量%未満では、アルカリ電解液中の塩の移動度が低くなりやすく、放電特性が低下する。また、KOHやLiOHの性質に伴うデメリットが顕在化し易くなる。NaOHの含有量が30.4質量%を超えると、低温での導電性が低下するため、低温放電特性が損なわれる。
アルカリ電解液中のLiOHの含有量が、0.53質量%を超えると、水素吸蔵合金の活性やアルカリ電解液中のイオンのバランスが影響するためか、理由は不明であるが、低温放電特性が低下する。
On the other hand, when the content of NaOH in the alkaline electrolyte is less than 9.7% by mass, the mobility of the salt in the alkaline electrolyte tends to be low, and the discharge characteristics are deteriorated. Further, the demerits associated with the properties of KOH and LiOH are easily realized. When the content of NaOH exceeds 30.4% by mass, the conductivity at low temperature is lowered, so that the low temperature discharge characteristics are impaired.
If the LiOH content in the alkaline electrolyte exceeds 0.53% by mass, the reason is unclear whether the activity of the hydrogen storage alloy or the balance of ions in the alkaline electrolyte is affected. Decreases.

このように、アルカリ電解液が、低温での導電性を高くするKOHと、Mg溶出量を少なくするNaOHと、低温での導電性を高めるLiOHとを、特定の含有量で含むことにより、低温での放電特性を向上できるとともに、水素吸蔵合金に含まれる構成元素の溶出、特に、電池の高温保存中の溶出を抑制することができる。   In this way, the alkaline electrolyte contains KOH that increases the conductivity at low temperature, NaOH that reduces the elution amount of Mg, and LiOH that increases the conductivity at low temperature at a specific content, thereby reducing the temperature. In addition to improving the discharge characteristics of the battery, elution of constituent elements contained in the hydrogen storage alloy, particularly elution during high-temperature storage of the battery, can be suppressed.

以下にアルカリ蓄電池の構成および各構成要素について詳細に説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係るアルカリ蓄電池の構造を模式的に示す縦断面図である。アルカリ蓄電池は、負極端子を兼ねる有底円筒型の電池ケース4と、電池ケース4内に収容された電極群および図示しないアルカリ電解液とを含む。電極群では、負極1と、正極2と、これらの間に介在するセパレータ3とが、渦巻き状に巻回されている。電池ケース4の開口部には、絶縁ガスケット8を介して、安全弁6を備える封口板7が配置され、電池ケース4の開口端部が内側にかしめられることにより、アルカリ蓄電池が密閉されている。封口板7は、正極端子を兼ねており、正極集電板9を介して、正極2と電気的に接続されている。
Below, the structure and each component of an alkaline storage battery are demonstrated in detail.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of an alkaline storage battery according to an embodiment of the present invention. The alkaline storage battery includes a bottomed cylindrical battery case 4 also serving as a negative electrode terminal, an electrode group housed in the battery case 4 and an alkaline electrolyte (not shown). In the electrode group, the negative electrode 1, the positive electrode 2, and the separator 3 interposed therebetween are spirally wound. A sealing plate 7 including a safety valve 6 is disposed in the opening of the battery case 4 via an insulating gasket 8, and the alkaline storage battery is hermetically sealed by caulking the opening end of the battery case 4 inward. The sealing plate 7 also serves as a positive electrode terminal, and is electrically connected to the positive electrode 2 via the positive electrode current collector plate 9.

このようなアルカリ蓄電池は、電極群を、電池ケース4内に収容し、アルカリ電解液を注液し、電池ケース4の開口部に絶縁ガスケット8を介して封口板7を配置し、電池ケース4の開口端部を、かしめ封口することにより得ることができる。このとき、電極群の負極1と、電池ケース4とは、電極群と電池ケース4の内底面との間に配置された負極集電板を介して電気的に接続させる。また、電極群の正極2と、封口板7とは、正極集電板9を介して電気的に接続させる。   In such an alkaline storage battery, an electrode group is accommodated in a battery case 4, an alkaline electrolyte is injected, a sealing plate 7 is disposed in an opening of the battery case 4 via an insulating gasket 8, and the battery case 4 Can be obtained by caulking and sealing. At this time, the negative electrode 1 of the electrode group and the battery case 4 are electrically connected via a negative electrode current collector plate disposed between the electrode group and the inner bottom surface of the battery case 4. Further, the positive electrode 2 of the electrode group and the sealing plate 7 are electrically connected via the positive electrode current collector plate 9.

本発明では、上記のような水素吸蔵合金を含む負極を用いる。そのため、アルカリ蓄電池のうち、特に、ニッケル水素蓄電池が好ましい。   In this invention, the negative electrode containing the above hydrogen storage alloys is used. Therefore, nickel hydride storage batteries are particularly preferable among alkaline storage batteries.

以下に、アルカリ蓄電池の構成要素をより具体的に説明する。
(アルカリ電解液)
本発明では、上記の負極と特性の組成を有するアルカリ電解液とを組み合わせて用いる。アルカリ電解液は、電解質として、KOH、NaOHおよびLiOHを含む。
アルカリ電解液中のKOHの含有量(濃度)は、0.08質量%以上、好ましくは0.09質量%以上、さらに好ましくは0.1質量%以上または0.4質量%以上である。また、KOHの含有量は、40.2質量%以下、好ましくは40質量%以下、さらに好ましくは22質量%以下または10質量%以下である。これらの下限値と上限値とは適宜選択して組み合わせることができる。KOHの含有量は、例えば、0.08〜40質量%、0.1〜40質量%、または0.5〜10質量%であってもよい。
Below, the component of an alkaline storage battery is demonstrated more concretely.
(Alkaline electrolyte)
In the present invention, the above negative electrode and an alkaline electrolyte having a characteristic composition are used in combination. The alkaline electrolyte contains KOH, NaOH, and LiOH as the electrolyte.
The content (concentration) of KOH in the alkaline electrolyte is 0.08% by mass or more, preferably 0.09% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more or 0.4% by mass or more. The KOH content is 40.2% by mass or less, preferably 40% by mass or less, and more preferably 22% by mass or less or 10% by mass or less. These lower limit value and upper limit value can be appropriately selected and combined. 0.08-40 mass%, 0.1-40 mass%, or 0.5-10 mass% may be sufficient as content of KOH, for example.

アルカリ電解液中のNaOHの含有量(濃度)は、9.7質量%以上、好ましくは9.8質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上である。また、NaOHの含有量は、30.4質量%以下、好ましくは30.2質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下である。これらの下限値と上限値とは適宜選択して組み合わせることができる。NaOHの含有量は、例えば、9.7〜30.2質量%または10〜30質量%であってもよい。   The content (concentration) of NaOH in the alkaline electrolyte is 9.7% by mass or more, preferably 9.8% by mass or more, and more preferably 10% by mass or more. The content of NaOH is 30.4% by mass or less, preferably 30.2% by mass or less, more preferably 30% by mass or less. These lower limit value and upper limit value can be appropriately selected and combined. The content of NaOH may be, for example, 9.7 to 30.2% by mass or 10 to 30% by mass.

なお、アルカリ電解液中のKOHおよびNaOHの含有量の合計は、例えば、10.5質量%以上、好ましくは10.7質量%以上、さらに好ましくは11質量%以上である。KOHおよびNaOHの含有量の合計がこのような範囲である場合、導電性、特に低温での導電性を高める上でより有利である。   The total content of KOH and NaOH in the alkaline electrolyte is, for example, 10.5% by mass or more, preferably 10.7% by mass or more, and more preferably 11% by mass or more. When the total content of KOH and NaOH is within such a range, it is more advantageous in increasing the conductivity, particularly the conductivity at a low temperature.

アルカリ電解液中のLiOHの含有量(濃度)は、0.53質量%以下、好ましくは0.52質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以下である。また、LiOHの含有量は、例えば、0.05質量%以上、好ましくは0.07質量%以上、さらに好ましくは0.1質量%以上である。これらの上限値と下限値とは適宜選択して組み合わせることができる。LiOHの含有量は、例えば、0.05〜0.53質量%または0.1〜0.5質量%であってもよい。   The content (concentration) of LiOH in the alkaline electrolyte is 0.53% by mass or less, preferably 0.52% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or less. The LiOH content is, for example, 0.05% by mass or more, preferably 0.07% by mass or more, and more preferably 0.1% by mass or more. These upper limit value and lower limit value can be appropriately selected and combined. The content of LiOH may be, for example, 0.05 to 0.53 mass% or 0.1 to 0.5 mass%.

Mgなどの水素吸蔵合金の溶出をより効果的に抑制する観点から、アルカリ電解液中の、KOHの含有量と、NaOHの含有量と、LiOHの含有量とが、下記の関係:
LiOHの含有量<KOHの含有量<NaOHの含有量
を示すことが好ましい。
From the viewpoint of more effectively suppressing elution of a hydrogen storage alloy such as Mg, the KOH content, the NaOH content, and the LiOH content in the alkaline electrolyte have the following relationship:
It is preferable that the content of LiOH <the content of KOH <the content of NaOH.

アルカリ電解液は、上記の3種のアルカリ金属水酸化物以外に、金属水酸化物などの他のアルカリを含んでもよい。また、アルカリ電解液は、公知の添加剤を含んでもよい。ただし、添加剤の含有量は、アルカリ電解液の5質量%以下であることが好ましい。   The alkaline electrolyte may contain other alkalis such as metal hydroxides in addition to the above three types of alkali metal hydroxides. Moreover, the alkaline electrolyte may contain a known additive. However, the content of the additive is preferably 5% by mass or less of the alkaline electrolyte.

アルカリ電解液は、水に全ての水酸化物を溶解させることにより調製してもよく、各水酸化物を含む水溶液を調製し、これらの水溶液を混合することによりアルカリ電解液を調製してもよい。また、いずれかの水酸化物(例えば、KOH)を含む水溶液を調製し、この水溶液に、残りの水酸化物を溶解させることによりアルカリ電解液を調製してもよい。この調製方法に使用されるKOH水溶液の比重は、例えば、1.01〜1.5、好ましくは1.1〜1.35であり、得られるアルカリ電解液の比重は、例えば、1.03〜1.55、好ましくは1.11〜1.32である。   The alkaline electrolyte may be prepared by dissolving all hydroxides in water, or an aqueous solution containing each hydroxide may be prepared, and the alkaline electrolyte may be prepared by mixing these aqueous solutions. Good. Alternatively, an alkaline electrolyte may be prepared by preparing an aqueous solution containing any hydroxide (for example, KOH) and dissolving the remaining hydroxide in this aqueous solution. The specific gravity of the aqueous KOH solution used in this preparation method is, for example, 1.01 to 1.5, preferably 1.1 to 1.35, and the specific gravity of the obtained alkaline electrolyte is, for example, 1.03 to 3. 1.55, preferably 1.11 to 1.32.

(負極)
負極は、上記のような組成を有する、水素を電気化学的に吸蔵および放出可能な水素吸蔵合金を含む。
アルカリ蓄電池の低温放電特性と高温保存特性には、アルカリ電解液の組成と、水素吸蔵合金の組成とが密接に関係する。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a hydrogen storage alloy having the above composition and capable of electrochemically storing and releasing hydrogen.
The composition of the alkaline electrolyte and the composition of the hydrogen storage alloy are closely related to the low temperature discharge characteristics and high temperature storage characteristics of the alkaline storage battery.

上記の水素吸蔵合金において、LaとMgの合計に占めるMgのモル比xは、0.01≦x≦0.5、好ましくは0.1≦x≦0.4、さらに好ましくは0.25≦x≦0.35である。また、LaとMgの合計に対するNiのモル比yは、2≦y≦4、好ましくは2.5≦y≦3.5である。LaとMgの合計に対するCoのモル比zは、0.25≦z≦0.75、好ましくは0.25≦z≦0.7または0.25≦z≦0.6である。LaとMgの合計に対するAlのモル比αは、0.01≦α≦0.06、好ましくは0.01≦α<0.06、さらに好ましくは0.03≦α≦0.055または0.03≦α≦0.05である。   In the hydrogen storage alloy, the molar ratio x of Mg in the total of La and Mg is 0.01 ≦ x ≦ 0.5, preferably 0.1 ≦ x ≦ 0.4, and more preferably 0.25 ≦ x ≦ 0.35. The molar ratio y of Ni to the sum of La and Mg is 2 ≦ y ≦ 4, preferably 2.5 ≦ y ≦ 3.5. The molar ratio z of Co to the sum of La and Mg is 0.25 ≦ z ≦ 0.75, preferably 0.25 ≦ z ≦ 0.7 or 0.25 ≦ z ≦ 0.6. The molar ratio α of Al to the sum of La and Mg is 0.01 ≦ α ≦ 0.06, preferably 0.01 ≦ α <0.06, more preferably 0.03 ≦ α ≦ 0.055 or 0.005. It is 03 <= α <= 0.05.

上記の水素吸蔵合金のLa、Mg、Ni、CoおよびAlを含む組成の具体例としては、La0.7Mg0.3Ni2.75Co0.5Al0.05、La0.7Mg0.3Ni2.95Co0.5Al0.05、またはLa0.7Mg0.3Ni2.95Co0.3Al0.05などが挙げられる。 Specific examples of the composition containing La, Mg, Ni, Co and Al in the hydrogen storage alloy include La 0.7 Mg 0.3 Ni 2.75 Co 0.5 Al 0.05 , La 0.7 Mg 0.3 Ni 2.95 Co 0.5 Al 0.05 , or La 0.7 Mg. 0.3 Ni 2.95 Co 0.3 Al 0.05 and the like.

上記の水素吸蔵合金において、元素Mの量は、例えば、0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上または0.2質量%以上である。元素Mの量は、0.45質量%以下、好ましくは0.4質量%以下、さらに好ましくは0.35質量%以下である。これらの下限値と上限値とは適宜選択して組み合わせることができる。元素Mの量は、例えば、0.01〜0.4質量%または0.2〜0.4質量%であってもよい。   In the hydrogen storage alloy, the amount of the element M is, for example, 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, or 0.2% by mass or more. The amount of the element M is 0.45% by mass or less, preferably 0.4% by mass or less, and more preferably 0.35% by mass or less. These lower limit value and upper limit value can be appropriately selected and combined. The amount of the element M may be, for example, 0.01 to 0.4 mass% or 0.2 to 0.4 mass%.

元素Mの量が0.45質量%を超える場合には、容量が低下するとともに、多くの格子欠陥が導入されることにより、正極活物質の耐久性が低下しやすくなるため、高温保存特性が低下する。また、格子欠陥が多くなりすぎることにより、水素吸蔵合金内の水素の拡散性が低下し、低温における導電性が低下する。   When the amount of the element M exceeds 0.45% by mass, the capacity is reduced and many lattice defects are introduced, so that the durability of the positive electrode active material is easily lowered. descend. Moreover, when the number of lattice defects increases, the diffusibility of hydrogen in the hydrogen storage alloy decreases, and the conductivity at low temperatures decreases.

アルカリ電解液に対する水素吸蔵合金の構成元素の溶出性は、水素吸蔵合金の結晶構造にも影響される場合がある。水素吸蔵合金は、例えば、AB2型、AB3型(つまり、CeNi3型)、AB5型、A27型(つまり、Ce2Ni7型)などの結晶構造を有してもよい。AB3型やA27型の水素吸蔵合金では、上記の元素のうち、Mg、LaがAサイトに存在し、Ni、CoおよびAlは、Bサイトに存在する。 The elution of the constituent elements of the hydrogen storage alloy with respect to the alkaline electrolyte may be influenced by the crystal structure of the hydrogen storage alloy. The hydrogen storage alloy may have a crystal structure such as AB 2 type, AB 3 type (ie, CeNi 3 type), AB 5 type, A 2 B 7 type (ie, Ce 2 Ni 7 type), for example. . In the AB 3 type and A 2 B 7 type hydrogen storage alloys, among the above elements, Mg and La are present at the A site, and Ni, Co, and Al are present at the B site.

AB3型やA27型の結晶構造を有する水素吸蔵合金は、結晶構造が複雑で比較的不安定であるため、水酸化カリウムを比較的多量に含むアルカリ電解液と組み合わせると、水素吸蔵合金の構成元素の溶出が顕著になりやすい。ところが、本発明では、特定の組成を有するアルカリ電解液を用いるため、AB3型やA27型の結晶構造を有する水素吸蔵合金を用いる場合であっても、水素吸蔵合金の構成元素の溶出を効果的に抑制することができる。 Hydrogen storage alloys having AB 3 type and A 2 B 7 type crystal structures are complex and relatively unstable, so when combined with an alkaline electrolyte containing a relatively large amount of potassium hydroxide, hydrogen storage alloys Elution of the constituent elements of the alloy tends to be significant. However, since an alkaline electrolyte having a specific composition is used in the present invention, even if a hydrogen storage alloy having an AB 3 type or A 2 B 7 type crystal structure is used, the constituent elements of the hydrogen storage alloy Elution can be effectively suppressed.

水素吸蔵合金は、上記の元素以外に、Pr、NdおよびSmなどのランタノイド元素、Zrなどを含んでもよい。これらの他の元素の含有量は、水素吸蔵合金全体の5質量%以下である。   The hydrogen storage alloy may contain lanthanoid elements such as Pr, Nd, and Sm, Zr, and the like in addition to the above elements. The content of these other elements is 5% by mass or less of the entire hydrogen storage alloy.

元素Mのうち、Yは、酸素に対する親和性が強く、周辺の酸化物を還元する能力を有する。そのため、上記のような範囲でYを含む水素吸蔵合金では、水素吸蔵合金の腐食、特に高温での腐食を抑制することができる。また、上記の範囲でYを含む水素吸蔵合金では、合金の構成元素がYで必要以上に置換され、容量が低下したり、格子欠陥が導入されることにより耐久性が劣化したりすることが抑制される。よって、結果的に、高温保存特性をより効果的に向上できる。   Of the elements M, Y has a strong affinity for oxygen and has the ability to reduce surrounding oxides. Therefore, in the hydrogen storage alloy containing Y in the above range, corrosion of the hydrogen storage alloy, particularly corrosion at a high temperature can be suppressed. In addition, in a hydrogen storage alloy containing Y in the above range, the constituent elements of the alloy may be replaced with Y more than necessary, the capacity may be reduced, and the durability may deteriorate due to the introduction of lattice defects. It is suppressed. Therefore, as a result, the high temperature storage characteristics can be improved more effectively.

なお、Yの還元能は、Paulingの電気陰性度で説明できる。原子が電子を引き付ける傾向を示す尺度として、Paulingの電気陰性度がある。元素の結合エネルギーは、Paulingの電気陰性度の差の二乗に関連する。電気陰性度の差が大きいほど、結合エネルギーは大きい。上記の水素吸蔵合金に含まれる元素のPaulingの電気陰性度は、Yが1.2、Niが1.8、Coが1.8、Alが1.5である。一方、Oは3.5であり、酸素との差が最も大きいのは、Yであり、Yが、酸素に対して、強い結合エネルギーを有する。すなわち、酸素に対して強い親和性があることが分かる。   The reducing ability of Y can be explained by Pauling's electronegativity. Pauling's electronegativity is a measure of the tendency of atoms to attract electrons. The binding energy of an element is related to the square of the difference in Pauling electronegativity. The greater the difference in electronegativity, the greater the binding energy. The Pauling electronegativity of the elements contained in the hydrogen storage alloy is 1.2 for Y, 1.8 for Ni, 1.8 for Co, and 1.5 for Al. On the other hand, O is 3.5, and it is Y that has the largest difference from oxygen, and Y has a strong binding energy with respect to oxygen. That is, it is understood that there is a strong affinity for oxygen.

Snは、水素を吸蔵および放出する際の膨張収縮を抑制する能力を有する。そのため、上記のような範囲のSnを含む水素吸蔵合金では、特に高温で水素を吸蔵および放出する際に、必要以上に膨張収縮することが抑制され、これにより水素吸蔵合金の腐食を抑制することができる。また、上記の範囲でSnを含む水素吸蔵合金では、Snが過度に偏析するのを抑制できるとともに、合金の構成元素がSnで必要以上に置換され、容量が低下したり、格子欠陥が導入されることにより耐久性が劣化したりすることが抑制される。よって、結果的に、高温保存特性をより効果的に向上できる。   Sn has an ability to suppress expansion and contraction when storing and releasing hydrogen. Therefore, in the hydrogen storage alloy containing Sn in the above range, especially when storing and releasing hydrogen at a high temperature, it is suppressed from expanding and contracting more than necessary, thereby suppressing the corrosion of the hydrogen storage alloy. Can do. In addition, in the hydrogen storage alloy containing Sn in the above range, it is possible to suppress the segregation of Sn excessively, and the constituent elements of the alloy are replaced with Sn more than necessary, the capacity is reduced, or lattice defects are introduced. This prevents the durability from deteriorating. Therefore, as a result, the high temperature storage characteristics can be improved more effectively.

また、水素吸蔵合金が、元素Mを含まない場合、低温放電特性はある程度高いものの、YやSnによる上記の効果が得られないことにより、高温保存特性が大きく低下する。水素吸蔵合金が、特定の含有量で元素Mを含む場合、高温保存特性を向上できるとともに、水素を吸蔵および放出する際の膨張収縮を抑制する能力から、結晶欠陥の生成を適度な範囲に抑制することができる。そのため、A27型の結晶構造を有する水素吸蔵合金を用いる場合において、特定の含有量で元素Mを含有させることが特に有効である。その結果、水素吸蔵合金内の水素の拡散性(移動度)が高くなるため、低温下での導電性の低下を防止できる。そのため、このような水素吸蔵合金を含む負極をアルカリ蓄電池に用いると、より広い温度範囲においてアルカリ蓄電池を使用できる。 Further, when the hydrogen storage alloy does not contain the element M, the low temperature discharge characteristics are somewhat high, but the high temperature storage characteristics are greatly deteriorated because the above-described effects due to Y and Sn cannot be obtained. When the hydrogen storage alloy contains the element M with a specific content, the high temperature storage characteristics can be improved, and the ability to suppress expansion and contraction when storing and releasing hydrogen is suppressed to a suitable range of crystal defects. can do. Therefore, when using a hydrogen storage alloy having an A 2 B 7 type crystal structure, it is particularly effective to contain the element M at a specific content. As a result, the diffusibility (mobility) of hydrogen in the hydrogen storage alloy is increased, so that a decrease in conductivity at a low temperature can be prevented. Therefore, when a negative electrode containing such a hydrogen storage alloy is used for an alkaline storage battery, the alkaline storage battery can be used in a wider temperature range.

上記のような水素吸蔵合金を含む負極は、
(i)水素吸蔵合金の構成元素の各単体を、所定の割合で混合して、合金化し、さらに粒状化することにより、上記の組成を有する水素吸蔵合金を含む原料粉末を形成する第1工程と、
(ii)原料粉末を、アルカリ水溶液で表面処理して電極用合金粉末を得る第2工程と、
(iii)電極用合金粉末と、導電剤と、結着剤と、分散媒とを混合して、負極ペーストを調製する第3工程と、
(iv)負極ペーストを、芯材に付着させることにより負極を形成する第4工程と、を経ることにより得ることができる。
The negative electrode containing the hydrogen storage alloy as described above is
(I) A first step of forming a raw material powder containing a hydrogen storage alloy having the above composition by mixing each element of the constituent elements of the hydrogen storage alloy at a predetermined ratio, alloying, and granulating. When,
(Ii) a second step in which the raw material powder is surface-treated with an alkaline aqueous solution to obtain an electrode alloy powder;
(Iii) a third step of preparing a negative electrode paste by mixing an electrode alloy powder, a conductive agent, a binder, and a dispersion medium;
(Iv) It can obtain by passing through the 4th process of forming a negative electrode by making a negative electrode paste adhere to a core material.

第1工程(i)は、水素吸蔵合金の各構成元素の単体を混合し、構成元素を合金化する合金化工程、合金を粒状化する粒状化工程を含むことができる。   The first step (i) may include an alloying step of alloying the constituent elements of the hydrogen storage alloy and alloying the constituent elements, and a granulating step of granulating the alloy.

合金化工程では、例えば、プラズマアーク溶融法、高周波溶融(金型鋳造)法、メカニカルアロイング法(機械合金法)、メカニカルミリング法、急冷凝固法(具体的には、金属材料活用事典(産業調査会、1999)などに記載されているロールスピニング法、メルトドラッグ法、直接鋳造圧延法、回転液中紡糸法、スプレイフォーミング法、ガスアトマイズ法、湿式噴霧法、スプラット法、急冷凝固薄帯粉砕法、ガス噴霧スプラット法、メルトエクストラクション法、スプレイフォーミング法、回転電極法など)を用いることができる。メカニカルアロイング法やメカニカルミリング法は、水素吸蔵合金粉末の大きさと結晶形とを容易に制御できるという面で効果的な方法である。また単独で急冷凝固法を用いるほかに、メカニカルアロイング法などと併用することもできる。   In the alloying process, for example, a plasma arc melting method, a high frequency melting (die casting) method, a mechanical alloying method (mechanical alloy method), a mechanical milling method, a rapid solidification method (specifically, a metal material utilization dictionary (industrial industry) Study Group, 1999), etc., roll spinning method, melt drag method, direct casting and rolling method, spinning in spinning solution, spray forming method, gas atomizing method, wet spraying method, splat method, rapid solidification strip pulverization method , Gas spray splat method, melt extraction method, spray forming method, rotating electrode method, etc.). The mechanical alloying method and the mechanical milling method are effective methods in that the size and crystal form of the hydrogen storage alloy powder can be easily controlled. In addition to the rapid solidification method alone, it can be used in combination with the mechanical alloying method.

合金化工程において、各構成元素の単体を混合する際には、水素吸蔵合金が所望の組成となるように、各単体のモル比、質量比などを調整する。
例えば、高周波溶融法などにより、混合物を溶融して合金を形成する場合、溶融物を冷却固化した後、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で固化物を熱処理し、熱処理した固化物(合金)を粒状化工程に供してもよい。
In the alloying step, when mixing the single constituent elements, the molar ratio and mass ratio of the single constituents are adjusted so that the hydrogen storage alloy has a desired composition.
For example, when an alloy is formed by melting the mixture by a high frequency melting method or the like, after cooling and solidifying the melt, the solidified product is heat-treated in an inert gas atmosphere such as argon, and the heat-treated solidified product (alloy) is obtained. You may use for a granulation process.

合金の粒状化は、粉砕の他、アトマイズ法により行うことができる。合金の粉砕は、湿式粉砕、乾式粉砕などにより行うことができ、これらを組み合わせてもよい。得られた粒子は、必要に応じて分級してもよい。
原料粉末の平均粒径は、例えば、5〜50μm、好ましくは5〜30μmである。平均粒径がこのような範囲である場合、水素吸蔵合金の表面積を適度な範囲に維持することができ、より有効に、耐食性の低下を抑制できるとともに、水素吸蔵反応の低下を抑制できる。
なお、本明細書中、平均粒径とは、体積基準のメディアン径を意味する。
The granulation of the alloy can be performed by an atomizing method in addition to pulverization. The alloy can be pulverized by wet pulverization, dry pulverization, or the like, or a combination thereof. You may classify the obtained particle | grains as needed.
The average particle diameter of the raw material powder is, for example, 5 to 50 μm, preferably 5 to 30 μm. When the average particle size is in such a range, the surface area of the hydrogen storage alloy can be maintained in an appropriate range, and more effectively, a decrease in corrosion resistance can be suppressed and a decrease in the hydrogen storage reaction can be suppressed.
In the present specification, the average particle diameter means a volume-based median diameter.

第2工程(ii)では、第1工程で得られた原料粉末をアルカリ水溶液で表面処理する。
アルカリ水溶液としては、例えば、KOH、NaOH、LiOHなどのアルカリ金属水酸化物などを、アルカリとして含む水溶液が使用できる。アルカリ水溶液中のアルカリの濃度は、例えば、5〜50質量%、好ましくは10〜45質量%である。
In the second step (ii), the raw material powder obtained in the first step is surface-treated with an alkaline aqueous solution.
As the alkaline aqueous solution, for example, an aqueous solution containing an alkali metal hydroxide such as KOH, NaOH, LiOH or the like as an alkali can be used. The density | concentration of the alkali in alkaline aqueous solution is 5-50 mass%, for example, Preferably it is 10-45 mass%.

原料粉末の表面処理は、原料粉末を、アルカリ水溶液に接触させることにより行うことができる。具体的には、原料粉末をアルカリ水溶液に浸漬したり、アルカリ水溶液を原料粉末に噴霧したりすることにより、原料粉末をアルカリ水溶液に接触させることができる。
原料粉末とアルカリ水溶液との接触は、加熱下で行ってもよく、加熱したアルカリ水溶液を原料粉末と接触させてもよい。原料粉末とアルカリ水溶液とを接触させる際の温度(雰囲気温度またはアルカリ水溶液の温度)は、例えば、50〜100℃、好ましくは80〜100℃である。
The surface treatment of the raw material powder can be performed by bringing the raw material powder into contact with an alkaline aqueous solution. Specifically, the raw material powder can be brought into contact with the alkaline aqueous solution by immersing the raw material powder in an alkaline aqueous solution or spraying the alkaline aqueous solution onto the raw material powder.
The contact between the raw material powder and the alkaline aqueous solution may be performed under heating, or the heated alkaline aqueous solution may be brought into contact with the raw material powder. The temperature (atmosphere temperature or temperature of the alkaline aqueous solution) when bringing the raw material powder into contact with the alkaline aqueous solution is, for example, 50 to 100 ° C., preferably 80 to 100 ° C.

アルカリ水溶液による表面処理の後、得られる合金粉末を水洗してもよい。合金粉末の表面に不純物が残存するのを低減するため、水洗は洗浄に用いた水のpHが9以下になってから終了することが好ましい。
表面処理後の合金粉末は、通常、乾燥される。
After the surface treatment with the alkaline aqueous solution, the obtained alloy powder may be washed with water. In order to reduce the remaining impurities on the surface of the alloy powder, the water washing is preferably finished after the pH of the water used for washing becomes 9 or less.
The alloy powder after the surface treatment is usually dried.

電極用合金粉末は、第2工程を経ることにより、水素吸蔵合金の表面の酸化被膜を十分に除去することができる。そのため、電極用合金粉末中の酸素濃度が低減されている。水素吸蔵合金の表面の酸化物は、腐食反応の基点となりやすく、容量が低下したり、構成元素が溶出したりする原因となる場合がある。つまり、電極用合金粉末中の酸素濃度は、水素吸蔵合金の活性化の程度および腐食の抑制の程度の指標とすることができ、少ないほど、水素吸蔵合金が活性化されていることを意味する。   The electrode alloy powder can sufficiently remove the oxide film on the surface of the hydrogen storage alloy through the second step. Therefore, the oxygen concentration in the electrode alloy powder is reduced. The oxide on the surface of the hydrogen storage alloy tends to be the starting point of the corrosion reaction, which may cause a decrease in capacity and elution of constituent elements. That is, the oxygen concentration in the electrode alloy powder can be used as an index of the degree of activation of the hydrogen storage alloy and the degree of inhibition of corrosion, and the smaller the value, the more the hydrogen storage alloy is activated. .

電極用合金粉末の酸素濃度は、例えば、JIS−Z−2613に規定される酸素濃度測定法(赤外線吸収法)で求められる値に基づいて評価することができる。この値は、水素吸蔵合金粉末の表面に析出した酸化物および水酸化物の量に対応する。   The oxygen concentration of the electrode alloy powder can be evaluated based on, for example, a value obtained by an oxygen concentration measurement method (infrared absorption method) defined in JIS-Z-2613. This value corresponds to the amount of oxide and hydroxide deposited on the surface of the hydrogen storage alloy powder.

本発明の電極用合金粉末において、JIS−Z−2613に準拠した酸素濃度は、例えば、0.9質量%以下または0.87質量%以下である。酸素濃度が、このような範囲である場合、水素吸蔵合金を十分に活性化して、腐食を抑制する観点から、より有利である。よって、酸素濃度をこのような範囲とすることにより、放電特性および保存特性をさらに向上することができる。   In the electrode alloy powder of the present invention, the oxygen concentration based on JIS-Z-2613 is, for example, 0.9 mass% or less or 0.87 mass% or less. When the oxygen concentration is in such a range, it is more advantageous from the viewpoint of sufficiently activating the hydrogen storage alloy and suppressing corrosion. Therefore, by setting the oxygen concentration in such a range, the discharge characteristics and the storage characteristics can be further improved.

また、第2工程を経ることにより、電極用合金粉末に含まれる水素吸蔵合金の表面または表層に、金属ニッケルを主成分とする磁性体クラスタ(磁性体)が形成されることにより、水素吸蔵合金が活性化される。磁性体は、主に、Niの凝集体であり、水素の吸蔵および放出に対して、触媒作用を有する。磁性体が増加すると、アルカリ蓄電池の電極活物質として用いた場合に、水素吸蔵合金表面における水素の拡散速度が増加し、放電特性を向上できる。   In addition, through the second step, a magnetic material cluster (magnetic material) mainly composed of metallic nickel is formed on the surface or surface layer of the hydrogen storage alloy contained in the electrode alloy powder, whereby the hydrogen storage alloy. Is activated. The magnetic body is mainly an aggregate of Ni, and has a catalytic action for the storage and release of hydrogen. When the magnetic material is increased, when used as an electrode active material of an alkaline storage battery, the diffusion rate of hydrogen on the surface of the hydrogen storage alloy increases, and the discharge characteristics can be improved.

電極用合金粉末中に含まれる磁性体の含有量は、例えば、振動試料磁気測定装置を用いて測定することができる。具体的には、10kOeの磁場における電極用合金粉末の飽和磁化を求め、飽和磁化に相当する金属ニッケル量(磁性体の量)を求め、これに基づいて磁性体の含有量が算出される。   The content of the magnetic substance contained in the electrode alloy powder can be measured, for example, using a vibrating sample magnetometer. Specifically, the saturation magnetization of the electrode alloy powder in a magnetic field of 10 kOe is obtained, the amount of metallic nickel (amount of magnetic material) corresponding to the saturation magnetization is obtained, and the content of the magnetic material is calculated based on this.

電極用合金粉末に含まれる磁性体の含有量(VSM値)は、例えば、1.6〜2.3質量%、好ましくは1.65〜2.2質量%または1.7〜2.1質量%である。磁性体の含有量がこのような範囲では、電極用合金粉末を、アルカリ蓄電池における電極活物質として用いた場合、電池反応をより効率よく行うことができるとともに、水素吸蔵合金の構成元素の溶出を抑制して、容量の低下を抑制できる。   The content (VSM value) of the magnetic substance contained in the electrode alloy powder is, for example, 1.6 to 2.3% by mass, preferably 1.65 to 2.2% by mass or 1.7 to 2.1% by mass. %. When the content of the magnetic material is in such a range, when the electrode alloy powder is used as an electrode active material in an alkaline storage battery, the battery reaction can be performed more efficiently and the constituent elements of the hydrogen storage alloy can be eluted. It is possible to suppress the decrease in capacity.

第3工程(iii)では、第2工程で得られた電極用合金粉末を用いて、負極ペーストを調製する。
負極ペーストは、電極用合金粉末と、導電剤と、結着剤と、分散媒とを混合することにより調製できる。必要に応じて、これらの成分とともに、増粘剤を混合してもよい。
In the third step (iii), a negative electrode paste is prepared using the electrode alloy powder obtained in the second step.
The negative electrode paste can be prepared by mixing an electrode alloy powder, a conductive agent, a binder, and a dispersion medium. You may mix a thickener with these components as needed.

導電剤としては、電子伝導性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛、膨張黒鉛などのグラファイト;アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカ−ボンブラック;炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維;銅粉などの金属粒子;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料などが例示できる。これらの導電剤は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうち、人造黒鉛、ケッチェンブラック、炭素繊維などが好ましい。
導電剤の量は、電極用合金粉末100質量部に対して、例えば、1〜50質量部、好ましくは1〜30質量部である。
The conductive agent is not particularly limited as long as it is a material having electronic conductivity. For example, graphite such as natural graphite (flaky graphite etc.), artificial graphite and expanded graphite; carbon black such as acetylene black and ketjen black; conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; metal particles such as copper powder An organic conductive material such as a polyphenylene derivative can be exemplified. These conductive agents may be used alone or in combination of two or more. Of these, artificial graphite, ketjen black, carbon fiber and the like are preferable.
The quantity of a electrically conductive agent is 1-50 mass parts with respect to 100 mass parts of alloy powders for electrodes, Preferably it is 1-30 mass parts.

導電剤は、負極ペーストに添加し、他の成分とともに混合して用いてもよい。また、電極用合金粉末の表面に、導電剤を予め被覆させてもよい。導電剤の被覆は、公知の方法、例えば、電極用合金粉末の表面に、導電剤をまぶしたり、導電剤を含む分散液を付着させて乾燥させたり、メカノケミカル法などにより機械的に被覆させたりすることにより行うことができる。   The conductive agent may be added to the negative electrode paste and mixed with other components. The surface of the electrode alloy powder may be coated with a conductive agent in advance. The conductive agent is coated by a known method, for example, by coating the surface of the electrode alloy powder with a conductive agent, attaching a dispersion containing the conductive agent and drying it, or mechanically coating it by a mechanochemical method or the like. It can be done by doing.

結着剤としては、樹脂材料、例えば、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)などのゴム状材料;ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂;ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、などのフッ素樹脂;エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体などのアクリル樹脂およびそのNaイオン架橋体などが例示できる。これらの結着剤は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
結着剤の量は、電極用合金粉末100質量部に対して、例えば、0.01〜10質量部、好ましくは0.05〜5質量部である。
As the binder, resin materials, for example, rubber-like materials such as styrene-butadiene copolymer rubber (SBR); polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene Fluoropolymers such as copolymers, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymers; acrylic resins such as ethylene-acrylic acid copolymers, ethylene-methacrylic acid copolymers, ethylene-methyl acrylate copolymers; The Na ion crosslinked body etc. can be illustrated. These binders can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
The amount of the binder is, for example, 0.01 to 10 parts by mass, preferably 0.05 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrode alloy powder.

分散媒としては、公知の媒体、例えば、水、有機媒体、これらの混合媒体などが使用できる。   As the dispersion medium, known media such as water, organic media, and mixed media thereof can be used.

増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびその変性体(Na塩などの塩も含む)、メチルセルロースなどのセルロース誘導体;ポリビニルアルコールなどの酢酸ビニルユニットを有するポリマーのケン化物;ポリエチレンオキシドなどのポリアルキレンオキサイドなどが挙げられる。これらの増粘剤は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
増粘剤の量は、電極用合金粉末100質量部に対して、例えば、0.01〜10質量部、好ましくは0.05〜5質量部である。
Examples of the thickener include carboxymethylcellulose (CMC) and modified products thereof (including salts such as Na salt), cellulose derivatives such as methylcellulose; saponified polymers having vinyl acetate units such as polyvinyl alcohol; polyethylene oxide, etc. And polyalkylene oxide. These thickeners can be used singly or in combination of two or more.
The amount of the thickener is, for example, 0.01 to 10 parts by mass, preferably 0.05 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrode alloy powder.

第4工程(iv)において、負極は、このような負極は、芯材に負極ペーストを付着させることにより形成できる。
負極芯材としては、公知のものが使用でき、ステンレス鋼、ニッケルまたはその合金などで形成された多孔性または無孔の基板が例示できる。芯材が多孔性基板の場合、活物質は、芯材の空孔に充填されていてもよい。
負極は、芯材に負極ペーストを塗布した後、通常、乾燥により分散媒を除去し、圧延することにより形成できる。
In the fourth step (iv), the negative electrode can be formed by attaching a negative electrode paste to the core material.
A well-known thing can be used as a negative electrode core material, The porous or non-porous board | substrate formed with stainless steel, nickel, its alloy, etc. can be illustrated. When the core material is a porous substrate, the active material may be filled in the pores of the core material.
The negative electrode can be formed by applying a negative electrode paste to a core material and then removing the dispersion medium by drying and rolling.

(正極)
正極は、芯材と、これに付着した活物質または活物質層とを含んでもよい。また、正極は、活物質粉末を芯材に焼結させた電極であってもよい。
正極は、例えば、芯材に少なくとも正極活物質を含む正極ペーストを付着させることにより形成できる。正極ペーストには、通常、分散媒が含まれ、必要に応じて、正極に使用される公知の成分、例えば、導電剤、結着剤、増粘剤などを添加してもよい。
(Positive electrode)
The positive electrode may include a core material and an active material or an active material layer attached to the core material. The positive electrode may be an electrode obtained by sintering active material powder into a core material.
The positive electrode can be formed, for example, by attaching a positive electrode paste containing at least a positive electrode active material to a core material. The positive electrode paste usually contains a dispersion medium, and a known component used for the positive electrode, for example, a conductive agent, a binder, a thickener, and the like may be added as necessary.

分散媒、導電剤、結着剤および増粘剤の種類およびその量としては、負極ペーストの場合と同様のものまたは範囲からそれぞれ選択できる。
正極は、例えば、芯材に正極ペーストを塗布した後、乾燥により分散媒を除去し、圧延することにより形成できる。
The types and amounts of the dispersion medium, the conductive agent, the binder, and the thickener can be selected from the same ones or ranges as in the case of the negative electrode paste.
The positive electrode can be formed, for example, by applying a positive electrode paste to a core material, removing the dispersion medium by drying, and rolling.

正極芯材としては、公知のものが使用でき、ニッケル発泡体、焼結ニッケル板などのニッケルまたはニッケル合金などで形成された多孔性基板が例示できる。
正極活物質としては、例えば、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケルなどのニッケル化合物が使用される。
正極としては、公知の焼結式のニッケル正極を用いることが好ましい。
A well-known thing can be used as a positive electrode core material, The porous board | substrate formed with nickel or nickel alloys, such as a nickel foam and a sintered nickel board, can be illustrated.
As the positive electrode active material, for example, nickel compounds such as nickel hydroxide and nickel oxyhydroxide are used.
As the positive electrode, a known sintered nickel positive electrode is preferably used.

(セパレータ)
セパレータとしては、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン製の微多孔フィルムや不織布などが使用できる。
(Separator)
As the separator, a microporous film or non-woven fabric made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene can be used.

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

実施例1
(1)原料粉末の作製
La、Mg、Ni、CoおよびAlの各単体を、所定の割合で混合し、組成がLa0.7Mg0.3Ni2.75Co0.5Al0.05の水素吸蔵合金に対して、Yを0.3質量%導入したものを高周波溶解炉で溶解し、インゴットを作製した。得られたインゴットを、アルゴン雰囲気下、1060℃で10時間加熱した。加熱後のインゴットを、粗粒子に粉砕した。得られた粗粒子を、湿式ボールミルを用いて水の存在下で粉砕し、湿潤状態でメッシュ径が75μmの篩でふるい、平均粒径20μmの水素吸蔵合金を含む原料粉末を得た。
Example 1
(1) Preparation of raw material powder Each of La, Mg, Ni, Co, and Al is mixed at a predetermined ratio, and Y is applied to a hydrogen storage alloy having a composition of La 0.7 Mg 0.3 Ni 2.75 Co 0.5 Al 0.05. What was introduced at 0.3% by mass was melted in a high-frequency melting furnace to produce an ingot. The obtained ingot was heated at 1060 ° C. for 10 hours under an argon atmosphere. The heated ingot was pulverized into coarse particles. The obtained coarse particles were pulverized in the presence of water using a wet ball mill and sieved with a sieve having a mesh diameter of 75 μm in a wet state to obtain a raw material powder containing a hydrogen storage alloy having an average particle diameter of 20 μm.

(2)電極用合金粉末の作製
上記(1)で得られた原料粉末と、水酸化ナトリウムを40質量%の濃度で含む温度が100℃のアルカリ水溶液とを混合し、50分間撹拌を続けた。得られた粉末を回収し、温水で洗浄し、脱水後、乾燥した。洗浄は、使用後の温水のpHが9以下になるまで行った。その結果、不純物が除去された状態の電極用合金粉末を得た。
(2) Production of electrode alloy powder The raw material powder obtained in (1) above was mixed with an aqueous alkali solution containing 100% by mass of sodium hydroxide at a concentration of 40% by mass, and stirring was continued for 50 minutes. . The obtained powder was collected, washed with warm water, dehydrated and dried. Washing was performed until the pH of the hot water after use was 9 or less. As a result, an electrode alloy powder from which impurities were removed was obtained.

得られた合金粉末の酸素濃度を、JIS−Z−2613に規定される酸素濃度測定法で求めたところ、0.85質量%であった。   It was 0.85 mass% when the oxygen concentration of the obtained alloy powder was calculated | required by the oxygen concentration measuring method prescribed | regulated to JIS-Z-2613.

また、合金粉末中に含まれる磁性体の含有量を、振動試料磁気測定装置(東英工業(株)製、小型全自動振動試料型磁力計VSM−C7−10A)を用いて測定した。具体的には、10kOeの磁場における電極用合金粉末の飽和磁化を求め、飽和磁化に相当する金属ニッケル量(磁性体の量)を求め、これに基づいて磁性体の含有量を算出したところ、磁性体含有量は、1.8質量%であった。   The content of the magnetic substance contained in the alloy powder was measured using a vibrating sample magnetometer (manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd., small fully automatic vibrating sample magnetometer VSM-C7-10A). Specifically, the saturation magnetization of the electrode alloy powder in a magnetic field of 10 kOe was obtained, the amount of metallic nickel corresponding to the saturation magnetization (amount of magnetic substance) was obtained, and the content of the magnetic substance was calculated based on this, The magnetic substance content was 1.8% by mass.

(3)負極の作製
上記(2)で得られた電極用合金粉末100質量部に対して、CMC(エーテル化度0.7、重合度1600)0.15質量部、アセチレンブラック0.3質量部およびSBR0.7質量部を加え、さらに水を添加して練合することにより、電極ペーストを調製した。得られた電極ペーストを、ニッケルメッキを施した鉄製パンチングメタル(厚み60μm、孔径1mm、開孔率42%)からなる芯材の両面に塗布した。ペーストの塗膜は、乾燥後、芯材とともにローラでプレスした。こうして、厚み0.4mm、幅35mm、容量2200mAhの負極を得た。負極の長手方向に沿う一端部には、芯材の露出部を設けた。
(3) Production of negative electrode 0.15 parts by mass of CMC (degree of etherification 0.7, degree of polymerization 1600), 0.3 parts by mass of acetylene black with respect to 100 parts by mass of the electrode alloy powder obtained in (2) above And 0.7 parts by mass of SBR were added, and water was further added and kneaded to prepare an electrode paste. The obtained electrode paste was applied to both surfaces of a core material made of nickel-plated iron punching metal (thickness 60 μm, hole diameter 1 mm, hole area ratio 42%). The coating film of the paste was pressed with a roller together with the core material after drying. Thus, a negative electrode having a thickness of 0.4 mm, a width of 35 mm, and a capacity of 2200 mAh was obtained. An exposed portion of the core material was provided at one end portion along the longitudinal direction of the negative electrode.

(4)正極の作製
多孔性焼結基板からなる正極芯材に水酸化ニッケルを充填させて得られた容量1500mAhの焼結式正極を準備した。正極活物質には約90質量部のNi(OH)2を用い、添加剤として約6質量部のZn(OH)2を添加し、導電材として約4質量部のCo(OH)2を添加した。正極芯材の長手方向に沿う一方の端部には、幅35mmの活物質を保持しない芯材の露出部を設けた。
(5)ニッケル水素蓄電池の作製
上記で得られた負極および正極を用いて、図2に示すような4/5Aサイズで公称容量1500mAhのニッケル水素蓄電池を作製した。具体的には、正極1と負極2とを、セパレータ3を介して捲回し、柱状の極板群を作製した。極板群では、正極合剤が付着していない正極芯材の露出部と、負極合剤が付着していない負極芯材の露出部とを、それぞれ反対側の端面に露出させた。セパレータ3には、ポリプロピレン製の不織布(厚み100μm)を用いた。正極芯材が露出する極板群の端面には正極集電板を溶接した。
(4) Production of positive electrode A sintered positive electrode having a capacity of 1500 mAh obtained by filling a positive electrode core material made of a porous sintered substrate with nickel hydroxide was prepared. About 90 parts by mass of Ni (OH) 2 is used for the positive electrode active material, about 6 parts by mass of Zn (OH) 2 is added as an additive, and about 4 parts by mass of Co (OH) 2 is added as a conductive material. did. An exposed portion of the core material that does not hold an active material having a width of 35 mm was provided at one end portion along the longitudinal direction of the positive electrode core material.
(5) Production of Nickel Metal Hydride Battery Using the negative electrode and the positive electrode obtained above, a nickel metal hydride battery with a 4 / 5A size and a nominal capacity of 1500 mAh as shown in FIG. 2 was produced. Specifically, the positive electrode 1 and the negative electrode 2 were wound through a separator 3 to produce a columnar electrode plate group. In the electrode plate group, the exposed portion of the positive electrode core material to which the positive electrode mixture was not attached and the exposed portion of the negative electrode core material to which the negative electrode mixture was not attached were exposed on the opposite end surfaces. For the separator 3, a nonwoven fabric made of polypropylene (thickness: 100 μm) was used. A positive electrode current collector plate was welded to the end face of the electrode plate group from which the positive electrode core material was exposed.

負極芯材が露出する極板群の端面には、負極集電板を溶接した。正極リード9を介して封口板7と正極集電板とを電気的に接続させた。その後、負極集電板を下方にして、極板群を円筒形の有底缶からなる電池ケース4に収容した。負極集電板と接続された負極リードを、電池ケース4の底部と溶接した。電池ケース4に電解液を注液した後、周縁にガスケット8を具備する封口板7で、電池ケース4の開口部を封口し、ニッケル水素蓄電池を完成させた。   A negative electrode current collector plate was welded to the end face of the electrode plate group where the negative electrode core material was exposed. The sealing plate 7 and the positive electrode current collector plate were electrically connected through the positive electrode lead 9. Thereafter, the negative electrode current collector plate was turned downward, and the electrode plate group was accommodated in a battery case 4 formed of a cylindrical bottomed can. The negative electrode lead connected to the negative electrode current collector plate was welded to the bottom of the battery case 4. After injecting the electrolyte into the battery case 4, the opening of the battery case 4 was sealed with a sealing plate 7 having a gasket 8 on the periphery, thereby completing a nickel metal hydride storage battery.

なお、電解液には、KOH1質量%、NaOH15質量%、およびLiOH0.1質量%を含むアルカリ水溶液(比重:1.23)を用いた。   Note that an alkaline aqueous solution (specific gravity: 1.23) containing 1% by mass of KOH, 15% by mass of NaOH, and 0.1% by mass of LiOH was used as the electrolytic solution.

実施例2〜11および比較例1〜7
KOH、NaOHおよびLiOHの濃度を、表1に示す濃度に変更したアルカリ水溶液を電解液として用いる以外は、実施例1と同様にして、ニッケル水素蓄電池を作製した。
Examples 2-11 and Comparative Examples 1-7
A nickel-metal hydride storage battery was fabricated in the same manner as in Example 1, except that an alkaline aqueous solution in which the concentrations of KOH, NaOH, and LiOH were changed to the concentrations shown in Table 1 was used as the electrolytic solution.

実施例12〜14および比較例8〜9
実施例1の(1)において、水素吸蔵合金に対するYの導入量を表2に示すように変更する以外は、実施例1と同様にして、原料粉末を得た。得られた原料粉末を用いる以外は、実施例1と同様に極用合金粉末を作製し、さらに電極用合金粉末を用いて、負極を作製した。この負極を用いる以外は、実施例1と同様にして、ニッケル水素蓄電池を作製した。
Examples 12-14 and Comparative Examples 8-9
A raw material powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of Y introduced into the hydrogen storage alloy was changed as shown in Table 2 in Example 1 (1). Except for using the obtained raw material powder, an electrode alloy powder was prepared in the same manner as in Example 1, and a negative electrode was prepared using the electrode alloy powder. A nickel-metal hydride storage battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode was used.

実施例15〜17および比較例10
実施例1の(1)において、Yに代えて、水素吸蔵合金にSnを表2に示す導入量で導入する以外は、実施例1と同様にして、原料粉末を得た。得られた原料粉末を用いる以外は、実施例1と同様に極用合金粉末を作製し、さらに電極用合金粉末を用いて、負極を作製した。この負極を用いる以外は、実施例1と同様にして、ニッケル水素蓄電池を作製した。
Examples 15 to 17 and Comparative Example 10
In Example 1 (1), a raw material powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that Sn was introduced into the hydrogen storage alloy in an introduction amount shown in Table 2 instead of Y. Except for using the obtained raw material powder, an electrode alloy powder was prepared in the same manner as in Example 1, and a negative electrode was prepared using the electrode alloy powder. A nickel-metal hydride storage battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode was used.

実施例18および19
実施例1の(1)において、表3に示す組成の水素吸蔵合金に対して、Yを導入する以外は、実施例1と同様にして、原料粉末を得た。なお、表3に示す組成の水素吸蔵合金は、La、Mg、Ni、CoおよびAlの各単体の割合を適宜変更することにより作製した。
得られた原料粉末を用いる以外は、実施例1と同様に極用合金粉末を作製し、さらに電極用合金粉末を用いて、負極を作製した。この負極を用いる以外は、実施例1と同様にして、ニッケル水素蓄電池を作製した。
Examples 18 and 19
In Example 1 (1), a raw material powder was obtained in the same manner as Example 1 except that Y was introduced into the hydrogen storage alloy having the composition shown in Table 3. The hydrogen storage alloy having the composition shown in Table 3 was produced by appropriately changing the ratio of each of La, Mg, Ni, Co, and Al.
Except for using the obtained raw material powder, an electrode alloy powder was prepared in the same manner as in Example 1, and a negative electrode was prepared using the electrode alloy powder. A nickel-metal hydride storage battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode was used.

実施例および比較例で得られたニッケル水素蓄電池について、以下の評価を行った。結果を表1〜表3に示す。
(低温放電特性)
ニッケル水素蓄電池を、20℃にて、電流値0.75Aで、容量が理論容量の120%になるまで充電し、20℃にて、電流値1.5Aで電池電圧が1.0Vに低下するまで放電し、このときの容量(初期放電容量)を測定した。
さらに、ニッケル水素蓄電池を、20℃にて、電流値0.75Aで、容量が理論容量の120%になるまで充電し、0℃にて、電流値1.5Aで電池電圧が1.0Vに低下するまで放電し、このときの容量(低温放電容量)を測定した。
低温放電容量を初期放電容量で除して百分率で表し、この値を低温放電特性の指標とした。
The following evaluation was performed about the nickel hydride storage battery obtained by the Example and the comparative example. The results are shown in Tables 1 to 3.
(Low temperature discharge characteristics)
The nickel-metal hydride battery is charged at 20 ° C. with a current value of 0.75 A until the capacity reaches 120% of the theoretical capacity, and at 20 ° C., the battery voltage drops to 1.0 V at a current value of 1.5 A. The capacity (initial discharge capacity) at this time was measured.
Furthermore, the nickel metal hydride storage battery is charged at 20 ° C. with a current value of 0.75 A until the capacity reaches 120% of the theoretical capacity, and at 0 ° C., the battery voltage becomes 1.0 V with a current value of 1.5 A. It discharged until it fell, and the capacity | capacitance at this time (low-temperature discharge capacity) was measured.
The low-temperature discharge capacity is divided by the initial discharge capacity and expressed as a percentage, and this value is used as an index of the low-temperature discharge characteristics.

(高温保存特性)
ニッケル水素蓄電池を、20℃にて、電流値0.15Aで、容量が理論容量の160%になるまで充電し、20℃にて、電流値0.3Aで、電池電圧が1.0Vに低下するまで放電し、このときの容量(初期放電容量)を測定した。
さらに、ニッケル水素蓄電池を、20℃にて、電流値0.15Aで、容量が理論容量の160%になるまで充電し、45℃で2週間保存した。保存後、20℃にて、電流値0.3Aで、電池電圧が1.0Vに低下するまでの放電し、このときの容量(保存残存放電容量)を測定した。
保存残存放電容量を初期放電容量で除して百分率で表し、この値を高温保存特性の指標とした。
(High temperature storage characteristics)
The nickel-metal hydride battery is charged at 20 ° C. with a current value of 0.15 A until the capacity reaches 160% of the theoretical capacity. At 20 ° C., the battery voltage drops to 1.0 V at a current value of 0.3 A. It discharged until it carried out, and the capacity | capacitance at this time (initial discharge capacity) was measured.
Further, the nickel metal hydride storage battery was charged at 20 ° C. with a current value of 0.15 A until the capacity reached 160% of the theoretical capacity, and stored at 45 ° C. for 2 weeks. After storage, discharge was performed at 20 ° C. with a current value of 0.3 A until the battery voltage decreased to 1.0 V, and the capacity at this time (storage remaining discharge capacity) was measured.
The storage residual discharge capacity was divided by the initial discharge capacity and expressed as a percentage, and this value was used as an index for high-temperature storage characteristics.

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表1に示されるように、アルカリ電解液中のKOH、NaOHおよびLiOHの濃度を所定の範囲に調整した実施例の電池では、いずれも、低温放電特性の低下が抑制され、高い高温保存特性が得られた。   As shown in Table 1, in the batteries of the examples in which the concentrations of KOH, NaOH, and LiOH in the alkaline electrolyte were adjusted to a predetermined range, the decrease in the low temperature discharge characteristics was suppressed, and the high temperature storage characteristics were high. Obtained.

それに対して、アルカリ電解液中のKOH濃度が0質量%または0.05質量%である比較例1および2では、低温放電特性が低下した。低温放電特性が低下したのは、KOHの濃度が低すぎることにより、導電性が低下したためと考えられる。   On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which the KOH concentration in the alkaline electrolyte was 0% by mass or 0.05% by mass, the low-temperature discharge characteristics were deteriorated. The reason why the low-temperature discharge characteristics were decreased is considered to be that the conductivity was decreased due to the KOH concentration being too low.

また、KOH濃度が41質量%である比較例3でも、低温放電特性および高温保存特性のいずれも低下した。低温放電特性が低下したのは、電解液中のKOH濃度が過剰となり、イオンの干渉のためにイオンの移動スピードが低下したことによるものと考えられる。なお、比較例3では、低温だけでなく、常温であっても放電特性が低下した。また、比較例3で、高温保存特性が低下したのは、Mgの溶出量が多くなり、負極の劣化が進行したことによるものと考えられる。   In Comparative Example 3 where the KOH concentration was 41% by mass, both the low temperature discharge characteristics and the high temperature storage characteristics were deteriorated. The reason why the low-temperature discharge characteristics deteriorated is thought to be that the KOH concentration in the electrolytic solution became excessive and the ion movement speed decreased due to ion interference. In Comparative Example 3, the discharge characteristics deteriorated not only at a low temperature but also at a normal temperature. In Comparative Example 3, the high temperature storage characteristics were decreased because the amount of Mg eluted increased and the deterioration of the negative electrode progressed.

また、NaOH濃度が9質量%である比較例4および5では、低温放電特性が低下した。これは、アルカリ電解液中の塩の移動度が低くなり、導電性が低下したためと考えられる。また、LiOH濃度が0.6質量%である比較例5では、高温保存特性も低下した。これは、NaOH濃度が低いことにより、LiOH濃度が高いことによるデメリットが顕在化し、水素吸蔵合金中に含まれる、Mgなどの構成元素の溶出が顕著になり、腐食反応が促進されたためと考えられる。
NaOH濃度が31質量%である比較例6では、低温下での導電性が低下することにより、低温放電特性が低下した。
LiOH濃度が0.6質量%である比較例7では、低温放電特性が低下した。
Further, in Comparative Examples 4 and 5 in which the NaOH concentration was 9% by mass, the low temperature discharge characteristics were deteriorated. This is presumably because the mobility of the salt in the alkaline electrolyte was lowered and the conductivity was lowered. Moreover, in the comparative example 5 whose LiOH density | concentration is 0.6 mass%, the high temperature storage characteristic also fell. This is thought to be due to the fact that due to the low NaOH concentration, the disadvantages due to the high LiOH concentration became obvious, the elution of constituent elements such as Mg contained in the hydrogen storage alloy became significant, and the corrosion reaction was promoted. .
In Comparative Example 6 in which the NaOH concentration was 31% by mass, the low-temperature discharge characteristics deteriorated due to the decrease in conductivity at low temperatures.
In Comparative Example 7 in which the LiOH concentration was 0.6% by mass, the low-temperature discharge characteristics were deteriorated.

表2に示されるように、水素吸蔵合金が、所定量のYやSnを含む実施例では、低温放電特性および高温保存特性のいずれも優れた結果が得られた。それに対して、水素吸蔵合金がYやSnのいずれも含まない比較例8では、低温放電特性は高いものの、高温保存特性は著しく低下した。Yを含む場合、Yの酸素に対する強い親和性により、隣接する酸化物を還元して、水素吸蔵合金の腐食が抑制される。また、Snを含む場合、高温で水素を吸蔵放出する際の膨張収縮が抑制され、これにより、水素吸蔵合金の腐食が抑制される。比較例8では、YおよびSnを含まないため、このような水素吸蔵合金の腐食の抑制効果が得られず、表面酸化が顕著となり、腐食が促進されたため、高温保存特性が低下したものと考えられる。   As shown in Table 2, in the examples in which the hydrogen storage alloy contains a predetermined amount of Y or Sn, excellent results were obtained in both low temperature discharge characteristics and high temperature storage characteristics. On the other hand, in Comparative Example 8 in which the hydrogen storage alloy did not contain any of Y and Sn, the high-temperature storage characteristics were remarkably deteriorated although the low-temperature discharge characteristics were high. When Y is included, due to the strong affinity of Y for oxygen, adjacent oxides are reduced, and corrosion of the hydrogen storage alloy is suppressed. In addition, when Sn is contained, expansion and contraction when hydrogen is occluded and released at a high temperature is suppressed, whereby corrosion of the hydrogen storage alloy is suppressed. In Comparative Example 8, since Y and Sn are not included, the effect of suppressing the corrosion of such a hydrogen storage alloy is not obtained, surface oxidation becomes remarkable, and corrosion is promoted. It is done.

YまたはSnの含有量が0.6質量%である比較例9および10では、高温保存特性が大きく低下した。比較例9では、Yの含有量が多くなり過ぎることにより、容量が低下するとともに、多くの格子欠陥が導入されることになり、耐久性が低下したため、高温保存特性が不十分になったと考えられる。また、比較例10では、Snの含有量が多くなりすぎることにより、Snの偏析が顕著になり、容量が低下するとともに、多くの格子欠陥が導入されることになり、耐久性が低下したため、高温保存特性が不十分になったと考えられる。
また、比較例9および10では、低温放電特性も低下した。これは、格子欠陥が多くなりすぎて、水素吸蔵合金内の水素の拡散性が低下し、低温での導電性が低下したためと考えられる。
In Comparative Examples 9 and 10 in which the content of Y or Sn was 0.6% by mass, the high-temperature storage characteristics were greatly deteriorated. In Comparative Example 9, when the Y content is excessively large, the capacity is reduced and many lattice defects are introduced, and the durability is lowered, so that the high-temperature storage characteristics are considered insufficient. It is done. In Comparative Example 10, since the Sn content is excessively increased, the segregation of Sn becomes significant, the capacity is reduced, and many lattice defects are introduced, resulting in a decrease in durability. It is thought that the high-temperature storage characteristics became insufficient.
In Comparative Examples 9 and 10, the low-temperature discharge characteristics were also deteriorated. This is presumably because the number of lattice defects increases, the hydrogen diffusibility in the hydrogen storage alloy decreases, and the conductivity at low temperatures decreases.

表3に示されるように、LaとMgの合計に占めるMgのモル比、LaとMgの合計に対するNi、CoおよびAlのモル比が所定の値である原料を用いた場合には、低温放電特性および高温保存特性のいずれも優れた結果が得られた。   As shown in Table 3, when using a raw material in which the molar ratio of Mg to the total of La and Mg and the molar ratio of Ni, Co and Al to the total of La and Mg are predetermined values, low temperature discharge Excellent results were obtained for both the characteristics and the high temperature storage characteristics.

本発明では、アルカリ蓄電池の低温放電特性および高温保存特性を向上できるので、広い温度範囲で高い電池特性を得ることができる。そのため、乾電池の代替品の他、各種機器の電源としての利用が期待されるとともに、過酷な環境下で使用されるハイブリッド自動車用電源などの用途にも期待できる。   In this invention, since the low temperature discharge characteristic and high temperature storage characteristic of an alkaline storage battery can be improved, high battery characteristics can be obtained in a wide temperature range. Therefore, it can be expected to be used as a power source for various devices in addition to a substitute for a dry battery, and can also be expected to be used for a power source for a hybrid vehicle used in a harsh environment.

1 負極
2 正極
3 セパレータ
4 電池ケース
6 安全弁
7 封口板
8 絶縁ガスケット
9 正極リード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode 2 Positive electrode 3 Separator 4 Battery case 6 Safety valve 7 Sealing plate 8 Insulating gasket 9 Positive electrode lead

Claims (10)

ニッケルを含む正極と、水素を電気化学的に吸蔵および放出可能な水素吸蔵合金を含む負極と、前記正極および前記負極の間に介在するセパレータと、アルカリ電解液とを具備し、
前記水素吸蔵合金が、La、Mg、Ni、Co、Al、および元素Mを含み、
LaとMgの合計に占めるMgのモル比xは、0.01≦x≦0.5であり、
LaとMgの合計に対するNiのモル比yは、2≦y≦4であり、
LaとMgの合計に対するCoのモル比zは、0.25≦z≦0.75であり、
LaとMgの合計に対するAlのモル比αは、0.01≦α≦0.06であり、
前記元素Mは、YおよびSnからなる群より選択される少なくとも1種であり、
前記元素Mの量が、前記水素吸蔵合金の0.01〜0.4質量%であり、
前記アルカリ電解液は、0.08〜40.2質量%の水酸化カリウム、9.7〜30.4質量%の水酸化ナトリウム、および0.05〜0.53質量%の水酸化リチウムを含有する、アルカリ蓄電池。
A positive electrode including nickel, a negative electrode including a hydrogen storage alloy capable of electrochemically storing and releasing hydrogen, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an alkaline electrolyte,
The hydrogen storage alloy includes La, Mg, Ni, Co, Al, and the element M;
The molar ratio x of Mg in the total of La and Mg is 0.01 ≦ x ≦ 0.5,
The molar ratio y of Ni to the sum of La and Mg is 2 ≦ y ≦ 4,
The molar ratio z of Co to the sum of La and Mg is 0.25 ≦ z ≦ 0.75,
The molar ratio α of Al to the sum of La and Mg is 0.01 ≦ α ≦ 0.06,
The element M is at least one selected from the group consisting of Y and Sn,
The amount of the element M is 0.01 to 0.4 % by mass of the hydrogen storage alloy,
The alkaline electrolyte is potassium hydroxide 0.08 to 40.2 wt%, sodium hydroxide 9.7 to 30.4 wt%, and containing 0.05 to 0.53 wt% lithium hydroxide Alkaline storage battery.
前記アルカリ電解液中の、前記水酸化カリウムの含有量が0.1〜40質量%であり、前記水酸化ナトリウムの含有量が10〜30質量%であり、前記水酸化リチウムの含有量が、0.05〜0.5質量%である、請求項1記載のアルカリ蓄電池。 In the alkaline electrolyte, the potassium hydroxide content is 0.1 to 40% by mass, the sodium hydroxide content is 10 to 30% by mass, and the lithium hydroxide content is The alkaline storage battery according to claim 1, which is 0.05 to 0.5 mass % . 前記アルカリ電解液中の、前記水酸化カリウムの含有量が0.5〜10質量%である、請求項1または2記載のアルカリ蓄電池。 The alkaline storage battery according to claim 1 or 2, wherein a content of the potassium hydroxide in the alkaline electrolyte is 0.5 to 10% by mass. 前記アルカリ電解液中の前記水酸化リチウムの含有量が、0.1〜0.5質量%である、請求項1〜3のいずれか1項記載のアルカリ蓄電池。 The alkaline storage battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a content of the lithium hydroxide in the alkaline electrolyte is 0.1 to 0.5 mass%. 前記アルカリ電解液中の前記水酸化カリウムの含有量および前記水酸化ナトリウムの含有量の合計が、10.5質量%以上である、請求項1〜4のいずれか1項記載のアルカリ蓄電池。 The alkaline storage battery according to any one of claims 1 to 4, wherein a total content of the potassium hydroxide and a content of the sodium hydroxide in the alkaline electrolyte is 10.5% by mass or more. 前記アルカリ電解液中の、前記水酸化カリウムの含有量と、前記水酸化ナトリウムの含有量と、前記水酸化リチウムの含有量とが、下記の関係:
水酸化リチウムの含有量<水酸化カリウムの含有量<水酸化ナトリウムの含有量
を示す、請求項1〜5のいずれか1項記載のアルカリ蓄電池。
The content of the potassium hydroxide, the content of the sodium hydroxide, and the content of the lithium hydroxide in the alkaline electrolyte are as follows:
The alkaline storage battery according to claim 1, wherein the content of lithium hydroxide <the content of potassium hydroxide <the content of sodium hydroxide is indicated.
前記元素Mの量が、前記水素吸蔵合金の0.2〜0.4質量%である、請求項1〜のいずれか1項記載のアルカリ蓄電池。 The alkaline storage battery according to any one of claims 1 to 6 , wherein an amount of the element M is 0.2 to 0.4 mass% of the hydrogen storage alloy. 前記水素吸蔵合金において、前記Mgのモル比xは、0.1≦x≦0.4であり、前記Niのモル比yは、2.5≦y≦3.5であり、前記Coのモル比zは、0.25≦z≦0.75であり、前記Alのモル比αは、0.03≦α≦0.055である、請求項1〜のいずれか1項記載のアルカリ蓄電池。 In the hydrogen storage alloy, the molar ratio x of Mg is 0.1 ≦ x ≦ 0.4, the molar ratio y of Ni is 2.5 ≦ y ≦ 3.5, and the molar ratio of Co the ratio z is 0.25 ≦ z ≦ 0.75, wherein the molar ratio alpha of Al, which is 0.03 ≦ α ≦ 0.055, alkali according to any one of claims 1-7 Storage battery. 前記水素吸蔵合金において、前記Mgのモル比xは、0.25≦x≦0.35である、請求項1〜のいずれか1項記載のアルカリ蓄電池。 In the hydrogen-absorbing alloy, the molar ratio x of said Mg is 0.25 ≦ x ≦ 0.35, the alkaline storage battery according to any one of claims 1-8. 前記水素吸蔵合金が、CeNi3型またはCe2Ni7型の結晶構造を有する、請求項1〜のいずれか1項記載のアルカリ蓄電池。 The hydrogen storage alloy has a crystal structure of type 3 or Ce 2 Ni 7 type CeNi, alkaline storage battery according to any one of claims 1-9.
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