[发明专利]吸氢合金、电池用负极及碱性二次电池

说明书

本发明涉及一种吸氢合金(氢吸留合金，hydrogen-absorbing alloy)、电池用负极(negtive electrode)及碱性二次电池。

吸氢合金是一种可将体积为其自身数万倍的氢(作为常温常压气体)稳定地吸留、储存的合金。为此，所述吸氢合金有望成为一种可安全、容易地储存、保管、输送氢能源的材料。另外，作为功能性新材料的吸氢合金的应用领域，已有人提出了如氢的储存、输送，热能的储存、输送，热能和机械能的转换，氢的分离、精制，氢同位素的分离，以氢为活性物质的电池，合成化学中的催化剂，温度传感器等广泛的应用领域。

再有，近年来，将吸氢合金用作负极材料的镍-氢二次电池(蓄电池)所具有的特征是：高容量、耐过充电·过放电、充放电效率大、干净，具有可与镍-镉电池的互换性等。所以，作为新一代民用电池特别引人注目，受到广泛的应用，并日益实用化。如此，充分利用吸氢合金的物理性质和化学性质，可开发出多种多样的用途，吸氢合金将成为今后产业的关键材料之一。

作为吸氢金属，可使用与水起放热反应的、即，可与氢形成稳定化合物的金属元素(例如Pd、Ti、Zr、V、及其它稀土类金属元素、碱土类元素等)单体，也可以将这些金属元素与其它的金属合金化后使用。

合金化的一个优点是，它不光可使金属-氢之间的结合力适当地减弱以便于作氢吸留反应，且可使氢的释放(解吸，desorption)反应也较容易进行。其第二个优点是，可以改善反应所必要的氢气压(平衡压；平稳电压)的大小、平衡区(平稳区)的大小、在吸氢过程中平衡压的变化(平坦性)等的吸留、释放特性。其第三个优点是，可以提高材料的化学、物理稳定性。

作为以往吸氢合金的组成，若将上述可与氢起放热反应的金属元素作为A，将除其之外的金属作为B，则大致可分为如下的几种：

(1)AB₅系(例如LaNi₅、CaNi₅等)，

(2)AB₂系(例如MgZn₂、ZrNi₂等)，

(3)AB系(例如TiNi、TiFe等)，

(4)A₂B系(例如Mg₂Ni、Ca₂Fe等)，

(5)其它(簇等)等合金。

其中，(1)的LaNi₅，属于(2)的莱维斯相合金及属于(3)的一部分合金可在常温附近与氢反应，且其化学稳定性较高，因此作为如前所述的二次电池的电极用材料，得到广泛的研究。

然而，上述(4)A₂B系的吸氢合金却存在如下所述的各种问题。即，其与氢结合的稳定性非常高，氢被吸留后很难释放。如果不是在较高温度下(200℃-300℃左右)，就不会发生氢的吸留、释放反应，或者是，该吸留、释放反应进行极为缓慢。其结果，上述A₂B系吸氢合金除了储存、输送等的用途外，一般不大使用。不过，其所具有的优异特性是，其潜在的吸氢能力以其每单位体积来说，为其它合金系的同等以上，以其每单位重量来说，为其它合金系的2倍至数倍。因此，如能消除上述A₂B系吸氢合金所存在的问题，则可将该吸氢合金的用途扩展至各种迄今为止一直是使用其它合金的物理化学、工业领域，也可再开拓出利用吸氢合金的新领域。

另外，有关上述(5)系的合金，仅见于一些学术性的报导，现时完全未见有关其实用化或者是达到实用化运作阶段的报导。

如上所述，在各种吸氢合金中，Mg-Ni系合金的特征是，重量轻，容量大，且通常可以碱土类金属和铁族金属为中心的组成进行制作，因此，其原料成本低。然而，上述的吸氢合金也具有前述各种问题。

本发明在于提供一种吸氢合金，所述吸氢合金可以克服Mg-Ni系合金所具有的各种问题；可以提高在常温附近处的吸氢特性；特别是可以提高吸氢速度。

本发明又在于提供一种含有提高了吸氢速度的吸氢合金的电池用负极，及提供一种提高了充放电循环特性的碱性二次电池。

根据本发明，提供了一种吸氢合金(hydrogen-absorbing alloy)，其特征在于，所述吸氢合金至少含有由Mg-Ni系合金组成的第一区，所述Mg-Ni系合金的Mg含量为50摩尔％以上、75摩尔％以下，Ni含量为50摩尔％以下；所述吸氢合金还包括：