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公開番号2025126591
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-29
出願番号2024022902
出願日2024-02-19
発明の名称負極活物質及びその製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社,愛知製鋼株式会社,日本重化学工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/38 20060101AFI20250822BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】低資源リスク及び低コストで放電容量を改善可能な負極活物質及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本開示の負極活物質の製造方法は、Ti、Zr、Cr、Mn、及びNiを含有する水素吸蔵合金の溶湯を、1×10³～1×10⁶℃/秒の速度で、少なくとも500℃未満まで冷却して、薄片を得ること、及び、前記薄片を、500～900℃で1～10時間にわたり、真空中又は不活性ガス雰囲気中で熱処理すること、を含む。そして、前記製造方法で得られる負極活物質は、複数の主相と、互いに隣接する前記主相の間に存在する粒界相とを備える水素吸蔵合金を含み、前記主相がAB₂型合金相を含み、前記粒界相がAB型合金相を含み、かつ、互いに隣接する前記主相の平均距離が、1.0μm以下である。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、及びＮｉを含有する水素吸蔵合金の溶湯を、１×１０
２
～１×１０
４
℃／秒の速度で、少なくとも５００℃未満まで冷却して、薄片を得ること、及び
前記薄片を、５００～９００℃で１～１０時間にわたり、真空中又は不活性ガス雰囲気中で熱処理すること、
を含む、
負極活物質の製造方法。
続きを表示（約 620 文字）【請求項２】
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、及びＮｉの一部が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｂ、Ｍｇ、及びＡｌからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている、請求項１に記載の負極活物質の製造方法。
【請求項３】
前記溶湯を、ストリップキャスト法を用いて冷却する、請求項１又は２に記載の負極活物質の製造方法。
【請求項４】
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、及びＮｉを含有する水素吸蔵合金を含み、
前記水素吸蔵合金が、複数の主相と、互いに隣接する前記主相の間に存在する粒界相とを備えており、
前記主相がＡＢ
２
型合金相を含み、かつ、前記粒界相がＡＢ型合金相を含み、
前記ＡＢ
２
型合金相について、ＡがＴｉ及びＺｒからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、かつ、ＢがＣｒ、Ｍｎ、及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、
前記ＡＢ型合金相について、ＡがＴｉ及びＺｒからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、かつ、ＢがＮｉであり、かつ、
互いに隣接する前記主相の平均距離が、１．０μｍ以下である、
負極活物質。
【請求項５】
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、及びＮｉの一部が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｂ、Ｍｇ、及びＡｌからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている、請求項４に記載の負極活物質。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、負極活物質及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素電池の負極活物質として、水素吸蔵合金が用いられている。水素吸蔵合金としては、ＡＢ
５
型合金（例えば、Ｌａ（ＮｉＣｏＭｎＡｌ）
５
合金）及びＡ
２
Ｂ
７
型合金（例えば、（ＬａＳｍＭｇ）
２
（ＮｉＡｌ）
７
合金）が知られている。ＡＢ
５
型合金及びＡ
２
Ｂ
７
型合金のいずれも、希土類元素を必須とすることから、資源リスクが高い。また、ＡＢ
５
型合金では、高価なＣｏの多量な含有を必要とする場合がある。
【０００３】
そこで、希土類元素を含有せず、かつＣｏ等の高価な元素の多量な含有を必要としない水素吸蔵合金が、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された水素吸蔵合金は、所定量のＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｏ、及びＢを含有し、かつ、合金相としての金属間化合物を備え、その金属間化合物がラーベス相に属する立方晶のＣ１５型又はＣ１４型である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平１０－３６９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された水素吸蔵合金を負極活物質に用いると、希土類元素を使用せず、高価な元素の使用量も少ないが、放電容量が不足することがある。このことから、低資源リスク及び低コストで放電容量を改善可能な負極活物質及びその製造方法が望まれている、という課題を、本発明者らは見出した。
【０００６】
本開示は、上記課題を解決するためになされたもので、低資源リスク及び低コストで放電容量を改善可能な負極活物質及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ね、本開示の負極活物質及びその製造方法を完成させた。その態様は、次のとおりである。
〈態様１〉Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、及びＮｉを含有する水素吸蔵合金の溶湯を、１×１０
２
～１×１０
４
℃／秒の速度で、少なくとも５００℃未満まで冷却して、薄片を得ること、及び
前記薄片を、５００～９００℃で１～１０時間にわたり、真空中又は不活性ガス雰囲気中で熱処理すること、
を含む、
負極活物質の製造方法。
〈態様２〉Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、及びＮｉの一部が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｂ、Ｍｇ、及びＡｌからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている、態様１に記載の負極活物質の製造方法。
〈態様３〉
前記溶湯を、ストリップキャスト法を用いて冷却する、態様１又は２に記載の負極活物質の製造方法。
〈態様４〉
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、及びＮｉを含有する水素吸蔵合金を含み、
前記水素吸蔵合金が、複数の主相と、互いに隣接する前記主相の間に存在する粒界相とを備えており、
前記主相がＡＢ
２
型合金相を含み、かつ、前記粒界相がＡＢ型合金相を含み、
前記ＡＢ
２
型合金相について、ＡがＴｉ及びＺｒからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、かつ、ＢがＣｒ、Ｍｎ、及びＮｉからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、
前記ＡＢ型合金相について、ＡがＴｉ及びＺｒからなる群より選ばれる一種以上の元素であり、かつ、ＢがＮｉであり、かつ、
互いに隣接する前記主相の平均距離が、１．０μｍ以下である、
負極活物質。
〈態様５〉Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、及びＮｉの一部が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｂ、Ｍｇ、及びＡｌからなる群より選ばれる一種以上の元素で置換されている、態様４に記載の負極活物質。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、及びＮｉを含有する水素吸蔵合金の溶湯を急冷することにより、複数の主相と、互いに隣接する主相の間に存在する粒界相を備えており、かつ主相と粒界相が微細化している薄片が得られる。この薄片を所定の条件で熱処理することにより、粒界相を改質して、互いに隣接する主相の平均距離の値が所定範囲を有している水素吸蔵合金が得られる。そして、この水素吸蔵合金を用いることによって、低資源リスク及び低コストで、放電容量が改善された負極活物質及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１Ａは、実施例１の試料のＳＥＭ像である。
図１Ｂは、図１Ａについて、ＡＢ
２
型合金相（主相）の領域を黒色で、ＡＢ型合金相（粒界相）の領域を白色で示した分布図である。
図２Ａは、参考例１の試料のＳＥＭ像である。
図２Ｂは、図２Ａについて、ＡＢ
２
型合金相（主相）の領域を黒色で、ＡＢ型合金相（粒界相）の領域を白色で示した分布図である。
図３は、実施例１～２、比較例１、及び参考例１の試料それぞれについてのＸＲＤ分析結果を示すグラフである。
図４は、実施例１～２、比較例１、及び参考例１の試料それぞれについて、電流密度と放電容量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の負極活物質及びその製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本開示の負極活物質及びその製造方法を限定するものではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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