氢化物二次电池制造技术

本公开提供一种氢化物二次电池，其具备：压力容器；配置在压力容器内的正极；配置在压力容器内的负极；和填充在压力容器内的氢气。负极含有储氢合金。在压力‑组成等温线图中，储氢合金的25℃的发射线具有0.15MPa以上且10MPa以下的平台压。氢气在25℃具有储氢合金的平台压以上的压力。

Hydride two battery

The present disclosure provides a hydride two battery, which is provided with a pressure vessel, a positive electrode arranged in the pressure container, a negative electrode arranged in the pressure container, and a hydrogen filled into the pressure vessel. The negative electrode contains hydrogen storage alloy. In pressure isotherm plot, the emission line 25 C hydrogen storage alloy is above 0.15MPa and below 10MPa platform pressure. Hydrogen at 25 C has the pressure above the platform pressure of the hydrogen storage alloy.

【技术实现步骤摘要】
氢化物二次电池
本公开涉及氢化物二次电池。
技术介绍
国际公开第2009/037806公开了AB5型的储氢合金。
技术实现思路
以储氢合金为负极活性物质、以羟基氧化镍为正极活性物质的镍氢化物二次电池(Nickel-MetalHydridesecondarybattery，Ni-MH)已实用化。镍氢化物二次电池作为民生设备的电源而被广泛使用。近年来，例如作为混合动力车(HV)等电动车的电源，也已使用镍氢化物二次电池。在以电动车的电源为首的移动体的动力用途中，二次电池的质量容量密度(每单位质量的容量)十分重要。针对动力用途的扩展，期望二次电池质量容量密度日益提高。因此，本公开提供一种具有高的质量容量密度的二次电池。〔1〕本公开的氢化物二次电池，具备：压力容器；配置在该压力容器内的正极；配置在该压力容器内的负极；和填充在该压力容器内的氢气。负极含有储氢合金。在压力-组成等温线图中，储氢合金的25℃的发射线具有0.15MPa以上且10MPa以下的平台压。氢气在25℃具有储氢合金的平台压以上的压力。在压力-组成等温线图(Pressure-Composition-Temperaturediagram，以下也记为“PCT线图”)中，观察到储氢合金的基本特性。图1是储氢合金的PCT线图的一例。图1示出了25℃的发射线(desorptioncurve)。发射线是指储氢合金释放氢时的压力相对于储氢合金的氢成分(氢原子数与金属原子数之比(H/M))，通过制图而作成的线。储氢合金释放氢时的压力被称为“解离压”。发射线呈直线状的区域被称为“平台区域”。平台区域中的解离压被称为“平台压”。在平台区域中，伴随氢的释放的压力变化小。因此，在平台区域中，即使在压力变化小的环境下(例如密封的电池内等)，储氢合金也能够可逆地释放氢。在镍氢化物二次电池中，储氢合金中的氢的吸藏和释放，相当于负极的充电和放电。图2是储氢合金的PCT线图的比较例。在相关技术的镍氢化物二次电池中，如图2所示，使用在25℃具有大气压(≒0.1MPa)以下的平台压的储氢合金。以下，这样的储氢合金被称为“低压型储氢合金”。通常，可以认为密封型电池的内压是大气压程度。如果储氢合金的平台压比大气压高，则在电池内容易发生氢的自然释放。即，容易发生电池的自放电。另外，通过氢的释放，电池的内压会上升，因此也会出现难以将电池密封之类的状况。所以，如图1所示的具有非常高的平台压的“高压型储氢合金”在此之前并没有受到关注。本公开的氢化物二次电池，使用25℃的平台压为0.15MPa以上且10MPa以下的储氢合金。低压型储氢合金的可逆的氢吸藏量为1.0～1.1质量％左右。与此相对，本公开中使用的储氢合金例如可具有1.3质量％以上的氢吸藏量。即，储氢合金可成为容量比低压型储氢合金高的负极活性物质。但是，储氢合金在大气压附近无法作为高容量的负极活性物质发挥作用。即，在大气压附近，无法将储氢合金满充电。因此，本公开的氢化物二次电池具备压力容器和氢气(H2)。氢气具有储氢合金的平台压以上的压力。由此，本公开的氢化物二次电池中，储氢合金能够作为高容量的负极活性物质发挥作用。从而使电池的质量容量密度提高。在此，通过向能斯特方程中代入储氢合金的平台压，可估算本公开的氢化物二次电池的平衡负极电位(放电电位)。平衡负极电位由下式算出。E＝-0.93-0.03logPH2(式中，E表示平衡负极电位，PH2表示平台压)根据该式，认为由于平台压升高，会使平衡负极电位降低。即，认为电池的工作电压升高。因此，本公开的氢化物二次电池中，也能够期待质量能量密度(每单位质量的能量)的提高。再者，这里的“能量”表示电池的平均工作电压与电池容量的乘积。另外，在本公开的氢化物二次电池中，不仅储氢合金自身作为负极活性物质发挥作用，氢气也作为用于形成第2负极活性物质的催化剂发挥作用。由此，本公开的氢化物二次电池，在放电时进行由下述反应式表示的两个负极反应。再者，在充电时进行与此相反的反应。储氢合金：MH+OH-→M+H2O+e-氢气：1/2H2+OH-→e-+H2O(式中，M表示储氢合金，MH表示储氢合金的氢化物)即，本公开的氢化物二次电池具备复合型负极，所述复合型负极含有固体负极活性物质(储氢合金)和气体负极活性物质(氢气)。气体负极活性物质的重量比固体负极活性物质轻。因此，通过复合型负极，电池的质量容量密度进一步提高。由此，本公开的氢化物二次电池具有高的质量容量密度。〔2〕储氢合金的25℃的发射线可以具有0.15MPa以上且5MPa以下的平台压。〔3〕储氢合金的25℃的发射线可以具有0.3MPa以上且2.3MPa以下的平台压。〔4〕储氢合金可以是选自由MmNi5-x1Bx1(Mm表示混合稀土金属，B表示选自Fe、Cr、Mn和Al之中的至少一种，x1为0以上且0.6以下)表示的AB5型合金、由MmNi5-x2Cox2(Mm表示混合稀土金属，x2大于0且为1.0以下)表示的AB5型合金、以及LaNi5之中的至少一种。上述AB5型合金中，A位点为Mm或镧(La)。A位点为La的情况下，B位点被镍(Ni)占据。A位点为Mm的情况下，B位点可以被Ni占据，Ni的一部分可以被铁(Fe)、铬(Cr)、锰(Mn)、铝(Al)、钴(Co)置换。这样的AB5型合金的平台压为0.15MPa以上且10MPa以下，并且有氢吸藏量多的倾向。即，通过使储氢合金为这些AB5型合金，可期待质量容量密度的进一步提高。〔5〕储氢合金可以是选自以下合金之中的至少一种：由MmNi5-x3Fex3表示的AB5型合金(Mm表示混合稀土金属，x3为0.2以上且0.4以下)；由MmNi5-x4Crx4表示的AB5型合金(Mm表示混合稀土金属，x4为0.4以上且0.6以下)；由MmNi5-x5Cox5表示的AB5型合金(Mm表示混合稀土金属，x5为0.7以上且0.9以下)；由MmNi5-x6Mnx6表示的AB5型合金(Mm表示混合稀土金属，x6为0.4以上且0.6以下)；由MmNi5-x7Alx7表示的AB5型合金(Mm表示混合稀土金属，x7为0.4以上且0.6以下)；以及由MmNi5-x8-y8Crx8Mny8表示的AB5型合金(Mm表示混合稀土金属，x8为0.25以上且0.45以下，y8为0.05以上且0.25以下，x8与y8之和为0.5)之中的至少一种。〔6〕储氢合金可以是选自MmNi5、MmNi4.7Fe0.3、MmNi4.5Cr0.5、MmNi4.2Co0.8、MmNi4.5Mn0.5、MmNi4.5Al0.5、MmNi4.5Cr0.45Mn0.05、MmNi4.5Cr0.25Mn0.25之中的至少一种。〔7〕上述〔2〕的AB5型合金例如可以具有1.3质量％以上且1.5质量％以下的氢吸藏量。〔8〕氢气可以在25℃具有10MPa以上且70MPa以下的压力。为了使储氢合金作为高容量的负极活性物质发挥作用，氢气具有储氢合金的平台压以上的压力即可。在此，只要能够进行氢气的密封，则氢气的压力可以较高。这是由于，作为气体负极活性物质的氢气在高压下被压缩，由此可期待电池的体积能量密度(每单位体积的能量)的提高。例如，氢气在25℃具有20MPa的压力的情况下，本公开的氢化物二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢化物二次电池，其特征在于，具备：压力容器；配置在所述压力容器内的正极；配置在所述压力容器内的负极；和填充在所述压力容器内的氢气，其中所述负极含有储氢合金，在压力‑组成等温线图中，所述储氢合金的25℃的发射线具有0.15MPa以上且10MPa以下的平台压，所述氢气在25℃具有所述储氢合金的所述平台压以上的压力。

【技术特征摘要】
2016.09.16 JP 2016-1816021.一种氢化物二次电池，其特征在于，具备：压力容器；配置在所述压力容器内的正极；配置在所述压力容器内的负极；和填充在所述压力容器内的氢气，其中所述负极含有储氢合金，在压力-组成等温线图中，所述储氢合金的25℃的发射线具有0.15MPa以上且10MPa以下的平台压，所述氢气在25℃具有所述储氢合金的所述平台压以上的压力。2.根据权利要求1所述的氢化物二次电池，其特征在于，所述储氢合金的25℃的发射线具有0.15MPa以上且5MPa以下的平台压。3.根据权利要求1所述的氢化物二次电池，其特征在于，所述储氢合金的25℃的发射线具有0.3MPa以上且2.3MPa以下的平台压。4.根据权利要求1～3的任一项所述的氢化物二次电池，其特征在于，所述储氢合金是选自由MmNi5-x1Bx1表示的AB5型合金、由MmNi5-x2Cox2表示的AB5型合金、以及LaNi5之中的至少一种，MmNi5-x1Bx1中，Mm表示混合稀土金属，B表示选自Fe、Cr、Mn和Al之中的至少一种，x1为0以上且0.6以下，MmNi5-x2Cox2中，Mm表示混合稀土金属，x2大于0且为1.0以下。5.根据权利要求1～3的任一项所述的氢化物二次电池，其特征在于，所述储氢合金是选自以下合金之中的至少一种：由MmNi5-x3Fex3表示的AB5型合金，Mm表示混合稀土金属，x3为0.2以上且0....

【专利技术属性】
技术研发人员：中西治通，小岛由继，市川贵之，宫冈裕树，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，国立大学法人广岛大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP