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公開番号2025018552
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023122351
出願日2023-07-27
発明の名称アルカリ蓄電池用水素吸蔵合金
出願人日本重化学工業株式会社
代理人弁理士法人銀座マロニエ特許事務所
主分類C22C 19/00 20060101AFI20250130BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】サイクル寿命特性に極めて優れ、放電容量が大きいアルカリ蓄電池に用いることができ、電池に搭載する合金量を減らすことができ、かつ、安価で実用に供することができるアルカリ蓄電池用水素吸蔵合金を提供する。
【解決手段】アルカリ蓄電池用水素吸蔵合金は、A₂B₇型結晶構造及びA₅B₁₉型結晶構造から選ばれるいずれか一方又は両方を主相とし、かつ、下記一般式(1)で表されることを特徴とする。
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(一般式(1)において、M;Al、Zn、Snから選ばれる少なくとも1種、T;Cr、Mo、V、Nb、Wから選ばれる少なくとも1種、0<a≦0.10、0≦b≦0.10、0<a+b≦0.18、0.10≦c≦0.30、0≦e≦0.14、0≦f≦0.05、0<g≦0.35、3.0≦d+e+f+g≦4.0を満たす。)
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
アルカリ蓄電池に用いる水素吸蔵合金であって、該水素吸蔵合金はＡ
２
Ｂ
７
型結晶構造及びＡ
５
Ｂ
１９
型結晶構造から選ばれるいずれか一方又は両方を主相とし、かつ、下記一般式（１）で表されることを特徴とするアルカリ蓄電池用水素吸蔵合金。
TIFF
2025018552000013.tif
16
147
（一般式（１）において、
Ｍ；Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎから選ばれる少なくとも１種、
Ｔ；Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗから選ばれる少なくとも１種、
０＜ａ≦０．１０、
０≦ｂ≦０．１０、
０＜ａ＋ｂ≦０．１８、
０．１０≦ｃ≦０．３０、
０≦ｅ≦０．１４、
０≦ｆ≦０．０５、
０＜ｇ≦０．３５、
３．０≦ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ≦４．０を満たす。）
続きを表示（約 450 文字）【請求項２】
前記一般式（１）において、ＭがＡｌ、ＴがＣｒであって、
０＜ａ＋ｂ≦０．１５、
０．１２≦ｃ≦０．２９、
０≦ｅ≦０．１２、
０＜ｇ≦０．３０、
３．３０≦ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ≦３．８０を満たすことを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池用水素吸蔵合金。
【請求項３】
水素吸蔵放出特性において、測定温度８０℃で水素圧１ＭＰａを掛けたときの水素吸蔵量（Ｈ／Ｍ）が０．９１以上であり、かつ、
水素吸蔵後の放出時のプラトー傾きが、下記関係式（Ａ）を満足する範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルカリ蓄電池用水素吸蔵合金。
TIFF
2025018552000014.tif
16
147
（ここで、関係式（Ａ）において、
Ｐ０．７は、水素吸蔵量（Ｈ／Ｍ）が０．７の時の水素圧［ＭＰａ］、
Ｐ０．３は、水素吸蔵量（Ｈ／Ｍ）が０．３の時の水素圧［ＭＰａ］を表す。）

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ蓄電池に用いる水素吸蔵合金に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素二次電池は、ニッケルカドミウム電池に比べて高容量、かつ環境面でも有害物質を含まない。このため、近年、ニッケル水素二次電池は、携帯電話やパーソナルコンピュータ、電動工具、アルカリ一次電池代替の民生用途からハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などに幅広く使われるようになってきている。これらの用途には、主としてアルカリ蓄電池が用いられている。
【０００３】
従来、アルカリ蓄電池の負極には、ＡＢ
５
型結晶構造の水素吸蔵合金が使用されていたが、該合金では、電池の小型軽量化には限界があり、小型で高容量を実現できる新たな水素吸蔵合金の開発が望まれていた。そこで、その解決策として、特許文献１や特許文献２は、Ｍｇを含む希土類－Ｍｇ遷移金属系水素吸蔵合金を提案している。
【０００４】
また、アルカリ蓄電池の小型化、軽量化の手法として、例えば、アルカリ蓄電池の負極に用いる水素吸蔵合金の量を削減することが考えられる。しかしながら、水素吸蔵合金の量を削減すると、放電容量の低下あるいは、ニッケル活性点の減少による出力低下という新たな問題が生じる。これを改善するため、特許文献３には、高水素平衡圧の水素吸蔵合金を用いて作動電圧を高くする手法が提案されている。
【０００５】
また、水素吸蔵合金として、希土類－Ｍｇ－Ｎｉ系合金がいくつか提案されている。例えば、特許文献４には、耐食性、耐久性に優れた水素吸蔵合金、その水素吸蔵合金を用いたサイクル寿命特性の優れたニッケル水素蓄電池を提供することを目的として、具体的には、一般式（ＲＥ
１－ａ－ｂ
Ｓｍ
ａ
Ｍｇ
ｂ
）（Ｎｉ
１－ｃ－ｄ
Ａｌ
ｃ
Ｍ
ｄ
）
ｘ
（０．１≦ａ≦０．２５；０．１＜ｂ＜０．２；０．０２＜ｃｘ＜０．２；０≦ｄｘ≦０．１；３．６≦ｘ≦３．７；ＲＥはＳｍ以外の希土類元素及びＹより選択される１種以上の元素；Ｌａを必須とし、ＭはＭｎ及び／又はＣｏ）で表される水素吸蔵合金が開示されている。
【０００６】
また、特許文献５には安価で、放電出力特性が良好であり、また高温耐久性に優れたアルカリ蓄電池を提供することが報告されている。特許文献５に記載された発明の一実施形態として水素吸蔵合金負極には、Ｌａを主要希土類元素とする一般式（Ｌａ
ｘ
Ｌｎ
ｙ
）
１－ｚ
Ｍｇ
ｚ
Ｎｉ
ｔ－ｕ
Ｔ
ｕ
（Ｔ：Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｎから選択され、ＬｎはＬａ以外の希土類元素及びＹから選択された少なくとも１種であり、ｘ＞ｙ、０．０９≦ｚ≦０．１４、３．６５≦ｔ≦３．８０、０．０５≦ｕ≦０．２５）であって、六方晶系（２Ｈ）のＡ
５
Ｂ
１９
型結晶構造と、三方晶系（３Ｒ）のＡ
５
Ｂ
１９
型結晶構造と、Ａ
２
Ｂ
７
型結晶構造とを含み、六方晶系（２Ｈ）のＡ
５
Ｂ
１９
型結晶構造のＣｕ－Ｋα線による粉末Ｘ線回折強度ピークは、三方晶系（３Ｒ）のＡ
５
Ｂ
１９
型結晶構造のもの及びＡ
２
Ｂ
７
型結晶構造のものよりも大きいものを使用している。
【０００７】
特許文献６には、安価なＦｅを用いて、希土類－マグネシウム－ニッケル系水素吸蔵合金の低価格化と高耐食性化と充電受入性が向上した水素吸蔵合金が開示されている。具体的には、一般式（Ｌａ
ａ
Ｎｄ
ｂ
Ａ
ｃ
Ｂ
ｄ
）
ｌ－ｖ
Ｍｇ
ｖ
Ｎｉ
ｗ
Ａｌ
ｘ
Ｆｅ
ｙ
Ｔ
ｚ
（ＡはＳｍ，Ｇｄから選択された少なくとも１種の元素であり、ＢはＰｒ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｃ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃａ，Ｙから選択された少なくとも１種の元素であり、ＴはＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｐ，Ｂから選択された少なくとも１種の元素である）と表され、一般式におけるａ，ｂ，ｃ，ｄは０≦ａ，０≦ｂ，０≦ｃ，０≦ｄ＜０．１，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１，０≦ｚ≦０．５の関係を有し、かつ一般式におけるＭｇのモル比ｖは０．１０≦ｖ≦０．２５で、Ａｌのモル比ｘは０．１０≦ｘ≦０．２０で、Ｆｅのモル比ｙは０．０５≦ｙ≦０．１５であり、さらに、３．４５≦ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ≦３．６５を満たす水素吸蔵合金が報告されている。
【０００８】
特許文献７には、アルカリ蓄電池に用いる水素吸蔵合金として、該水素吸蔵合金はＡ
２
Ｂ
７
型結晶構造およびＡＢ
３
型結晶構造から選ばれる一または二の結晶構造を主相とし、かつ、一般式（Ｌａ
１－ａ－ｂ
Ｃｅ
ａ
Ｓｍ
ｂ
）
１－ｃ
Ｍｇ
ｃ
Ｎｉ
ｄ
Ａｌ
ｅ
Ｃｒ
ｆ
ここで式中の添字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆは０＜ａ≦０．１５、０≦ｂ≦０．１５、０．１７≦ｃ≦０．３２、０．０２≦ｅ≦０．１０、０≦ｆ≦０．０５、２．９５≦ｄ＋ｅ＋ｆ＜３．５０の条件を満たす水素吸蔵合金が開示されている。
【０００９】
一方、非特許文献１にはＲＥ－Ｍｇ－Ｎｉ系水素吸蔵合金（ＲＥ：希土類元素）へのＣｅの影響に関する章が設定されている。具体的に非特許文献１には、ＲＥ－Ｍｇ－Ｎｉ系水素吸蔵合金として、（Ｌａ
０．５
Ｎｄ
０．５
）
０．８５
Ｍｇ
０．１５
Ｎｉ
３．３
Ａｌ
０．２
、（Ｌａ
０．４５
Ｎｄ
０．４５
Ｃｅ
０．１
）
０．８５
Ｍｇ
０．１５
Ｎｉ
３．３
Ａｌ
０．２
、（Ｌａ
０．４
Ｎｄ
０．４
Ｃｅ
０．２
）
０．８５
Ｍｇ
０．１５
Ｎｉ
３．３
Ａｌ
０．２
、（Ｌａ
０．３
Ｎｄ
０．３
Ｃｅ
０．４
）
０．８５
Ｍｇ
０．１５
Ｎｉ
３．３
Ａｌ
０．２
の合金が開示され、これらの合金を評価した結果が報告されている。
【００１０】
非特許文献２、３には、Ｍｍ
０．８３
Ｍｇ
０．１７
Ｎｉ
２．９４－ｘ
Ａｌ
０．１７
Ｃｏ
０．２
Ｆｅ
ｘ
（０≦ｘ≦０．２）で表される水素吸蔵合金が報告されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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