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JP7704614B2 - Anode material for nickel-metal hydride battery and anode composition containing said anode material - Google Patents
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JP7704614B2 - Anode material for nickel-metal hydride battery and anode composition containing said anode material - Google Patents

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Description

本明細書が開示する技術は、ニッケル水素電池の負極材料及び負極用組成物等に関する。 The technology disclosed in this specification relates to negative electrode materials and negative electrode compositions for nickel-metal hydride batteries.

ニッケル水素二次電池(以下、単に、ニッケル水素電池ともいう。)は、正極に水酸化ニッケルなどのニッケル酸化化合物、負極に水素吸蔵合金を用いる二次電池である。ニッケル水素電池は、安全性の高いアルカリ性水溶液を、電解液を利用している。このため、ニッケル水素電池は、環境性能、高速充放電、サイクル寿命等の観点から、ハイブリッド自動車用電池や乾電池の代替として広く利用されている。 Nickel-metal hydride secondary batteries (hereafter simply referred to as nickel-metal hydride batteries) are secondary batteries that use nickel oxide compounds such as nickel hydroxide in the positive electrode and a hydrogen storage alloy in the negative electrode. Nickel-metal hydride batteries use a highly safe alkaline aqueous solution as the electrolyte. For this reason, nickel-metal hydride batteries are widely used as batteries for hybrid vehicles and as a replacement for dry batteries from the standpoints of environmental friendliness, high-speed charging and discharging, cycle life, etc.

ニッケル水素電池の負極材料として用いる水素吸蔵合金は、水素吸蔵合金は、充電時に水中のプロトンと電子を取り込んで水素原子として吸蔵し、放電時プロトンと電子を放出する。水素吸蔵合金としては、LaNi5系合金に代表される希土類金属系合金が用いられているが、希土類金属は、資源の確保が困難でありコストが高い。また、高い平衡水素圧という課題もある。 The hydrogen storage alloys used as the negative electrode material of nickel-metal hydride batteries absorb protons and electrons from water during charging, storing them as hydrogen atoms, and release the protons and electrons during discharging. Rare earth metal alloys, such as LaNi 5 alloys, are used as hydrogen storage alloys, but rare earth metals are difficult to secure and expensive to produce. There is also the issue of high equilibrium hydrogen pressure.

一方、ニッケル水素電池と同様の蓄電作用を示すキャパシタの負極用材料として、資源として豊富でかつ軽量で比表面積が大きな活性炭が知られている。例えば、正極に水酸化ニッケル、負極には活性炭を用いたハイブリッドキャパシタが開示されている(特許文献1)。 On the other hand, activated carbon, which is abundant as a resource, lightweight, and has a large specific surface area, is known as a material for the negative electrode of a capacitor that has the same power storage effect as a nickel-metal hydride battery. For example, a hybrid capacitor that uses nickel hydroxide for the positive electrode and activated carbon for the negative electrode has been disclosed (Patent Document 1).

特開2006-80335号公報JP 2006-80335 A

しかしながら、活性炭に代表される炭素材料は概して嵩密度が低く、炭素材料を電池容器に充填して用いる場合には、単位体積当たりの充放電容量が充分とはいえなかった。 However, carbon materials such as activated carbon generally have a low bulk density, and when the carbon material is filled into a battery container, the charge/discharge capacity per unit volume is insufficient.

本明細書に開示される技術は、資源として豊富でかつ軽量で単位体積あたりの充放電容量が大きい、ニッケル水素電池の負極材料等を提供する。 The technology disclosed in this specification provides anode materials for nickel-metal hydride batteries that are abundant, lightweight, and have a large charge/discharge capacity per unit volume.

本明細書は、ニッケル水素電池の負極材料、負極材料の製造方法、ニッケル水素電池の負極用組成物、ニッケル水素電池の負極及びニッケル水素電池等を開示する。 This specification discloses a negative electrode material for a nickel-hydrogen battery, a method for producing the negative electrode material, a composition for the negative electrode of a nickel-hydrogen battery, a negative electrode for a nickel-hydrogen battery, and a nickel-hydrogen battery, etc.

負極材料は、単位体積あたりのBET比表面積[m/g]×嵩密度[g/cm]で表される単位体積当たりのBET比表面積が700m/cm以上であり、嵩密度が、0.4g/cm以上1.0g/cm以下である、炭素材料である。単位体積当たりのBET比表面積が、上記範囲にあり、嵩密度が上記範囲にある炭素材料をニッケル水素電池の負極材料とすることで、単位体積当たりの充放電容量が大きいニッケル水素電池を提供することができる。また、炭素材料は、資源として豊富かつ軽量で、入手も容易であるため、継続的かつ低コストでコンパクトなニッケル水素電池を提供できる。 The negative electrode material is a carbon material having a BET specific surface area per unit volume, expressed as BET specific surface area per unit volume [m 2 /g] × bulk density [g/cm 3 ], of 700 m 2 /cm 3 or more and a bulk density of 0.4 g/cm 3 or more and 1.0 g/cm 3 or less. By using a carbon material having a BET specific surface area per unit volume and a bulk density in the above range as the negative electrode material of a nickel-hydrogen battery, a nickel-hydrogen battery having a large charge/discharge capacity per unit volume can be provided. In addition, carbon materials are abundant, lightweight, and easily available as a resource, so that a compact nickel-hydrogen battery can be provided continuously and at low cost.

本明細書は、ニッケル水素電池の負極用組成物を開示する。前記負極用組成物は、上記炭素材料を含有する。前記負極用組成物によれば、単位体積当たりの充放電容量が大きい軽量かつコンパクトなニッケル水素電池を、継続的にかつ低コストで提供することができる。 This specification discloses a composition for the negative electrode of a nickel-metal hydride battery. The composition for the negative electrode contains the above-mentioned carbon material. With the composition for the negative electrode, it is possible to continuously provide a lightweight and compact nickel-metal hydride battery with a large charge/discharge capacity per unit volume at low cost.

本明細書は、ニッケル水素電池の負極材料の製造方法を開示する。前記製造方法は、原料として、単位質量当たりのBET比表面積が700m/g以上である炭素材料を準備する原料準備工程と、前記炭素材料を加圧して、BET比表面積[m/g]×嵩密度[g/cm]で表される単位体積当たりのBET比表面積を700m/cm以上とする、加圧工程と、を備えることができる。これらの工程を備えることで、単位体積当たりの充放電容量が大きく、軽量かつコンパクトなニッケル水素電池に貢献できる負極材料を継続的にかつ低コストで提供できる。 This specification discloses a method for producing an anode material for a nickel-metal hydride battery. The method can include a raw material preparation step of preparing a carbon material having a BET specific surface area per unit mass of 700 m 2 /g or more as a raw material, and a pressurizing step of pressurizing the carbon material to make the BET specific surface area per unit volume, expressed as BET specific surface area [m 2 /g] × bulk density [g/cm 3 ], 700 m 2 /cm 3 or more. By including these steps, it is possible to continuously provide an anode material that has a large charge/discharge capacity per unit volume and can contribute to a lightweight and compact nickel-metal hydride battery at low cost.

本明細書は、ニッケル水素電池の負極を開示する。前記負極は、上記負極用組成物を含有する。また、本明細書は、ニッケル水素電池を開示する。前記ニッケル水素電池は、正極と、電解液と、負極と、セパレータと、を備えている。前記負極は、上記負極用組成物を含有する。かかる負極を備えるニッケル水素電池によれば、軽量かつコンパクトであり、継続的に低コストで単位体積当たりの充放電容量を増大させることができる。 This specification discloses a negative electrode for a nickel-metal hydride battery. The negative electrode contains the above-mentioned negative electrode composition. This specification also discloses a nickel-metal hydride battery. The nickel-metal hydride battery includes a positive electrode, an electrolyte, a negative electrode, and a separator. The negative electrode contains the above-mentioned negative electrode composition. A nickel-metal hydride battery including such a negative electrode is lightweight and compact, and can continuously increase the charge/discharge capacity per unit volume at low cost.

本明細書は、上記ニッケル水素電池を備える車両を提供する。かかる車両によれば、低コスト、軽量かつコンパクトな電池を備える車両を提供できる。 This specification provides a vehicle equipped with the above-mentioned nickel-metal hydride battery. With such a vehicle, it is possible to provide a vehicle equipped with a low-cost, lightweight, and compact battery.

炭素材料の一例としての活性炭の加圧前後の状態の構造モデルを示す図である。1A and 1B are diagrams showing structural models of activated carbon, an example of a carbon material, before and after compression. 実施例における製造例及び比較例の炭素材料の単位質量当たりのBET比表面積と体積充放電容量との関係を示すグラフ図である。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the BET specific surface area per unit mass and the volumetric charge/discharge capacity of carbon materials in Production Examples and Comparative Examples in the Examples. 実施例における製造例及び比較例の炭素材料の単位体積当たりの比表面積と体積充放電容量との関係を示すグラフ図である。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the specific surface area per unit volume and the volumetric charge/discharge capacity of carbon materials in Production Examples and Comparative Examples in the Examples.

本明細書に開示されるニッケル水素電池の負極材料は、上記のとおり、炭素材料であり、700m/cm以上の単位体積当たりのBET比表面積を有し、0.4g/cm以上1.0g/cm以下の嵩密度を有している。かかる特性を備えることにより、負極材料として用いてニッケル水素電池の負極を構成したとき、ニッケル水素電池の単位体積当たりの充放電容量を増大させることができる。 As described above, the negative electrode material of the nickel-hydrogen battery disclosed in this specification is a carbon material, has a BET specific surface area per unit volume of 700 m2 / cm3 or more, and has a bulk density of 0.4 g/cm3 or more and 1.0 g/ cm3 or less. By having such characteristics, when the material is used as a negative electrode material to form a negative electrode of a nickel-hydrogen battery, it is possible to increase the charge/discharge capacity per unit volume of the nickel-hydrogen battery.

本明細書の開示を拘束するものではないが、本明細書に開示される負極材料のかかる作用について以下のように推論することができる。図1には、本明細書に開示される負極材料の一例として、活性炭を例示して本明細書に開示される負極材料の構造モデルを示す。図1(a)に示すように、従来の活性炭は、グラフェンが単独、又は、例えば、10層以下の少ない数で積層されて、個々のグラフェンが離間して存在していると考えられる。この結果、個々のグラフェンの間には、比較的大きな隙間が形成されていると考えられる。このため、嵩密度[g/cm]が低くなっている。これに対し、本明細書に開示される負極材料としての活性炭は、図1(b)に示すように、従来の活性炭の個々のグラフェンの間に存在する隙間が圧縮された構造を有していると考えられる。こうした隙間が圧縮された構造を採ることにより、単位体積あたりに存在するグラフェンが高密度化され、結果として、嵩密度が増大し、単位体積あたりのBET比表面積が増大するものと考えられる。また、グラフェンが近接することによって、これらの間に吸着される分子(例えば、水素分子やプロトンイオン)と分子との相互作用も増大して充放電等に関する電気化学特性も向上されると考えられる。 Although the disclosure of this specification is not limited, such an action of the negative electrode material disclosed in this specification can be inferred as follows. FIG. 1 shows a structural model of the negative electrode material disclosed in this specification, taking activated carbon as an example of the negative electrode material disclosed in this specification. As shown in FIG. 1(a), it is considered that in conventional activated carbon, graphene is present alone or in a small number of layers, for example, 10 layers or less, and each graphene is present at a distance. As a result, it is considered that a relatively large gap is formed between each graphene. For this reason, the bulk density [g/cm 3 ] is low. In contrast, as shown in FIG. 1(b), it is considered that the activated carbon as the negative electrode material disclosed in this specification has a structure in which the gaps existing between the individual graphenes of conventional activated carbon are compressed. By adopting such a structure in which the gaps are compressed, the graphene present per unit volume is densified, and as a result, the bulk density is increased and the BET specific surface area per unit volume is increased. In addition, it is believed that the close proximity of graphene particles increases the interaction between the molecules (e.g., hydrogen molecules or proton ions) adsorbed between them, thereby improving the electrochemical properties related to charging and discharging, etc.

以下、本明細書に開示されるニッケル水素電池の負極材料、当該負極材料の製造方法、当該負極材料を含むニッケル水素電池の負極用組成物、当該負極用組成物を含む負極及び当該負極を備えるニッケル水素電池、当該ニッケル水素電池を備える車両等について説明する。 The following describes the nickel-hydrogen battery anode material disclosed in this specification, the method for producing the anode material, the anode composition for a nickel-hydrogen battery containing the anode material, the anode containing the anode composition and a nickel-hydrogen battery including the anode, and a vehicle including the nickel-hydrogen battery.

なお、本明細書において、数値に関して「以上」及び「以下」の記載は、それぞれ「超」及び「未満」としての意義を包含している。したがって、例えば、本明細書において、0.4g/cm以上1.0g/cm以下と記載するとき、文言上の意義のほか、0.4g/cm超1.0g/cm以下、0.4g/cm以上1.0g/cm未満、0.4g/cm超1.0g/cm未満の態様を包含している。 In this specification, the terms "more than" and "less than" in relation to numerical values include the meanings of "more than" and "less than," respectively. Therefore, for example, when the term "0.4 g/ cm3 or more and 1.0 g/cm3 or less" is used in this specification, in addition to the literal meaning, the terms "more than 0.4 g/ cm3 and 1.0 g/cm3 or less" are also used, including the embodiments of "more than 0.4 g/ cm3 and 1.0 g/ cm3 or less,""more than 0.4 g/ cm3 and 1.0 g/cm3 or less," and "more than 0.4 g/ cm3 and 1.0 g/ cm3 or less."

<ニッケル水素電池の負極材料>
本明細書に開示される負極材料は、炭素材料である。炭素材料としては、特に限定しないが、例えば、少なくとも一部にSP結合炭素原子のシート状構造のグラフェンを有する材料が挙げられる。かかる炭素材料としては、例えば、粉末状等の種々の形態を備える多孔質材料である活性炭、単層又は複数層のグラフェンを備えるグラファイト、上記グラフェンのファイバー構造を備えるグラフェンナノファイバー等のグラフェンファイバー、上記グラフェンのチューブ構造を備えるカーボンナノチューブ、上記グラフェンの円錐構造を備えるカーボンナノホーン、上記グラフェンの細孔壁を備えるグラフェンメソポーラスなどのグラフェンポーラス材料、グラフェンを備えるカーボンナノロッド、グラフェンナノリボン等が挙げられる。BET比表面積が大きいという観点からは、活性炭を用いることができる。
<Negative electrode material for nickel-metal hydride batteries>
The negative electrode material disclosed in this specification is a carbon material. The carbon material is not particularly limited, but may be, for example, a material having at least a part of graphene with a sheet-like structure of SP 2 bonded carbon atoms. Examples of such carbon materials include activated carbon, which is a porous material having various forms such as powder, graphite having a single layer or multiple layers of graphene, graphene fibers such as graphene nanofibers having a fiber structure of the graphene, carbon nanotubes having a tube structure of the graphene, carbon nanohorns having a conical structure of the graphene, graphene porous materials such as graphene mesoporous having pore walls of the graphene, carbon nanorods having graphene, graphene nanoribbons, etc. can be mentioned. From the viewpoint of a large BET specific surface area, activated carbon can be used.

炭素材料は、炭素原子の一部が炭素原子以外の他の原子で置換されたものや、格子間や層間に他の原子や分子がインターカレーションされたものであってもよい。また、炭素材料の炭素原子には、公知の処理によって官能基が導入されたものであってもよい。 The carbon material may have some of the carbon atoms replaced with atoms other than carbon atoms, or other atoms or molecules intercalated between the lattices or between the layers. In addition, functional groups may be introduced into the carbon atoms of the carbon material by known treatment.

上記した炭素材料を加圧等してグラフェンの層又は壁の間隔を近接化することによる水素分子の吸着作用等を促進するには、例えば、加圧による近接効果を維持確保するための結合剤が有効である場合があると推論される。かかる結合剤は、負極材料の製造工程において添加される場合もある、その場合、負極材料は、例えば、炭素材料に対する結合剤としてのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、スチレンブタジエンゴム、カルボキシセルロース、アクリル樹脂などの化合物を結合剤として予め含むことができる。 In order to promote the adsorption of hydrogen molecules by compressing the above-mentioned carbon material to bring the graphene layers or walls closer together, it is inferred that a binder for maintaining and ensuring the proximity effect caused by compression may be effective. Such a binder may be added in the manufacturing process of the negative electrode material. In this case, the negative electrode material may contain, in advance, a compound such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene-propylene-diene copolymer, styrene-butadiene rubber, carboxy cellulose, or acrylic resin as a binder for the carbon material.

結合剤は、例えば、炭素材料と結着剤との総質量に対して0.01質量%以上とすることができる。下限は、また例えば、0.05質量%以上であり、また例えば、0.1質量%以上であり、また例えば、0.5質量%以上であり、また例えば、1質量%以上であり、また例えば、2質量%以上であり、また例えば、3質量%以上である。上限は、例えば、上記総質量に対して10質量%以下である。結着剤は充放電能を有しないため、結着剤の含有割合が10重量%を超えると、負極材料の充放電量が減少するからである。上限は、また例えば、8質量%以下であり、また例えば、6質量%以下であり、また例えば、5質量%以下である。結着剤の含有範囲は、上記した下限及び上限を適宜組み合わせて設定することができるが、例えば、0.2質量%以上10質量%以下であり、また例えば、2質量%以上8質量%以下であり、また例えば、2質量%以上6質量%以下であり、また例えば、2質量%以上5質量%以下であり、また例えば、2質量%以上4質量%以下である。 The binder can be, for example, 0.01% by mass or more relative to the total mass of the carbon material and the binder. The lower limit is, for example, 0.05% by mass or more, for example, 0.1% by mass or more, for example, 0.5% by mass or more, for example, 1% by mass or more, for example, 2% by mass or more, or for example, 3% by mass or more. The upper limit is, for example, 10% by mass or less relative to the total mass. This is because the binder does not have charge/discharge ability, and if the content of the binder exceeds 10% by weight, the charge/discharge amount of the negative electrode material decreases. The upper limit is, for example, 8% by mass or less, for example, 6% by mass or less, or for example, 5% by mass or less. The binder content range can be set by appropriately combining the above-mentioned lower and upper limits, and is, for example, 0.2% by mass or more and 10% by mass or less, for example, 2% by mass or more and 8% by mass or less, for example, 2% by mass or more and 6% by mass or less, for example, 2% by mass or more and 5% by mass or less, and for example, 2% by mass or more and 4% by mass or less.

負極材料は、単位体積当たりのBET比表面積が700m/cm以上である。本明細書において単位体積当たりのBET比表面積は、材料のBET比表面積[m/g]と、材料の嵩密度[g/cm]との積で表される。 The negative electrode material has a BET specific surface area per unit volume of 700 m 2 /cm 3 or more. In this specification, the BET specific surface area per unit volume is expressed as the product of the BET specific surface area [m 2 /g] of the material and the bulk density [g/cm 3 ] of the material.

本明細書においてBET比表面積(以下、単に、比表面積ともいう。)は、BET式吸着法により測定した比表面積である。本明細書で用いるBET式吸着法は、マイクロトラック・ベル株式会社製 BELSORP-maxの測定セルへ導入した窒素の圧力変化から気体の状態方程式を用いて材料に吸着した窒素の量を求め、BET理論で仮定する吸着等温線から材料の比表面積を算出する方法である。 In this specification, the BET specific surface area (hereinafter simply referred to as specific surface area) is the specific surface area measured by the BET adsorption method. The BET adsorption method used in this specification is a method in which the amount of nitrogen adsorbed to a material is determined from the pressure change of nitrogen introduced into the measurement cell of a BELSORP-max manufactured by Microtrac-Bell Co., Ltd. using the gas state equation, and the specific surface area of the material is calculated from the adsorption isotherm assumed in the BET theory.

負極材料の比表面積は、例えば、700m/g以上であり、また例えば、800m/g以上であり、また例えば、900m/g以上であり、また例えば、1000m/g以上であり、また例えば、1100m/g以上であり、1200m/g以上であり、また例えば、1300m/g以上であり、また例えば、1400m/g以上であり、また例えば、1500m/g以上であり、また例えば、1600m/g以上であり、また例えば、1700m/g以上であり、また例えば、1800m/g以上であり、また例えば、1900m/g以上であり、また例えば、2000m/g以上であり、また例えば、2200m/g以上であり、また例えば、2400m/g以上であり、また例えば、2600m/g以上であり、また例えば、2800m/g以上である。なお、比表面積は、特に限定しないが、例えば、4000m/g以下であり、また例えば、3600m/g以下であり、また例えば、3400m/g以下であり、また例えば、3200m/g以下であり、また例えば、3000m/g以下である。好適な比表面積の範囲は、上記した下限値及び上限値を組み合わせることで設定することができるが、例えば、700m/g以上3600m/g以下などとすることができる。 The specific surface area of the negative electrode material is, for example, 700 m 2 /g or more, for example, 800 m 2 /g or more, for example, 900 m 2 /g or more, for example, 1000 m 2 /g or more, for example, 1100 m 2 /g or more, for example, 1200 m 2 /g or more, for example, 1300 m 2 /g or more, for example, 1400 m 2 /g or more, for example, 1500 m 2 /g or more, for example, 1600 m 2 /g or more, for example, 1700 m 2 /g or more, for example, 1800 m 2 /g or more, for example, 1900 m 2 /g or more, for example, 2000 m 2 /g or more, for example, 2200 m 2 /g or more. /g or more, for example, 2400 m 2 /g or more, for example, 2600 m 2 /g or more, and for example, 2800 m 2 /g or more. The specific surface area is not particularly limited, but is, for example, 4000 m 2 /g or less, for example, 3600 m 2 /g or less, for example, 3400 m 2 /g or less, for example, 3200 m 2 /g or less, and for example, 3000 m 2 /g or less. A suitable range of the specific surface area can be set by combining the above-mentioned lower limit value and upper limit value, and can be, for example, 700 m 2 /g or more and 3600 m 2 /g or less.

負極材料は、所定の嵩密度を備えることが好ましい。本明細書の嵩密度は、材料を0.1MPaの圧力で所定の直径の円板に成形し、成形された炭素材料の高さと直径を測定して体積を求め、用いた材料の質量をその体積で除することにより算出した値を採用する。 It is preferable that the negative electrode material has a predetermined bulk density. In this specification, the bulk density is calculated by forming the material into a disk of a predetermined diameter at a pressure of 0.1 MPa, measuring the height and diameter of the formed carbon material to determine the volume, and dividing the mass of the material used by the volume.

負極材料の嵩密度は、例えば、0.40g/cm以上であり、また例えば、0.50g/cm以上であり、また例えば、0.60g/cm以上であり、また例えば、0.70g/cm以上であり、また例えば、0.80g/cm以上であり、また例えば、0.90g/cm以上である。また、グラフェンの層間距離が短くなると水素分子が浸入しにくくなるという理由から、嵩密度は、例えば、1.00g/cm以下であり、また例えば、0.95g/cm以下であり、また例えば、0.90g/cm以下であり、また例えば、0.85g/cm以下であり、また例えば、0.80g/cm以下であり、また例えば、0.75g/cm以下であり、また例えば、0.70g/cm以下であり、また例えば、0.65g/cm以下であり、また例えば、0.60g/cm以下であり、また例えば、0.65g/cm以下であり、また例えば、0.60g/cm以下であり、また例えば、0.55g/cm以下である。好適な嵩密度の範囲は、上記した下限値及び上限値を組み合わせることで設定することができるが、例えば、0.40g/cm以上1.00g/cm以下、また例えば、0.40g/cm以上0.95g/cm以下などとすることができる。 The bulk density of the negative electrode material is, for example, 0.40 g/cm 3 or more, for example, 0.50 g/cm 3 or more, for example, 0.60 g/cm 3 or more, for example, 0.70 g/cm 3 or more, for example, 0.80 g/cm 3 or more, or for example, 0.90 g/cm 3 or more. In addition, because hydrogen molecules are less likely to penetrate as the interlayer distance of graphene becomes shorter, the bulk density is, for example, 1.00 g/cm 3 or less, for example, 0.95 g/cm 3 or less, for example, 0.90 g/cm 3 or less, for example, 0.85 g/cm 3 or less, for example, 0.80 g/cm 3 or less, for example, 0.75 g/cm 3 or less, for example, 0.70 g/cm 3 or less, for example, 0.65 g/cm 3 or less, for example, 0.60 g/cm 3 or less, for example, 0.65 g/cm 3 or less, for example, 0.60 g/cm 3 or less, for example, 0.55 g/cm 3 or less. A suitable bulk density range can be set by combining the above-mentioned lower limit and upper limit values, and can be, for example, 0.40 g/ cm3 or more and 1.00 g/ cm3 or less, or, for example, 0.40 g/ cm3 or more and 0.95 g/ cm3 or less.

負極材料が備える単位体積当たりの比表面積が、700m/cm以上であり、また例えば、800m/cm以上であり、また例えば、900m/cm以上であり、また例えば、1000m/cm以上であり、また例えば、1100m/cm以上である。その上限は、特に限定しないが、比表面積と嵩密度との関係から、例えば、3000m/cm以下であり、また例えば、2800m/cm以下であり、例えば、2600m/cm以下であり、また例えば、2400m/cm以下であり、また例えば、2200m/cm以下であり、また例えば、2000m/cm以下であり、また例えば、1800m/cm以下である。 The specific surface area per unit volume of the negative electrode material is 700 m 2 /cm 3 or more, for example, 800 m 2 /cm 3 or more, for example, 900 m 2 /cm 3 or more, for example, 1000 m 2 /cm 3 or more, for example, 1100 m 2 /cm 3 or more. The upper limit is not particularly limited, but is, for example, 3000 m 2 /cm 3 or less, for example, 2800 m 2 /cm 3 or less, for example, 2600 m 2 /cm 3 or less, for example, 2400 m 2 /cm 3 or less, for example, 2200 m 2 /cm 3 or less, for example, 2000 m 2 /cm 3 or less, for example, 1800 m 2 /cm 3 or less, depending on the relationship between the specific surface area and the bulk density .

<負極材料の製造方法>
本明細書に開示される負極材料は、特に限定するものではないが、例えば、以下の方法で製造することができる。
<Method of manufacturing negative electrode material>
The negative electrode material disclosed in the present specification can be produced, for example, by the following method, although the method is not particularly limited.

(原料準備工程)
負極材料の製造方法は、単位質量当たりの比表面積が700m/g以上である炭素材料を原料として準備する原料準備工程を備えることができる。原料として用いる炭素材料としては、既に説明した負極材料を構成する活性炭等の種々の公知の炭素材料を用いることができる。
(Raw material preparation process)
The method for producing the negative electrode material may include a raw material preparation step of preparing a carbon material having a specific surface area per unit mass of 700 m2 /g or more as a raw material. As the carbon material used as the raw material, various known carbon materials such as activated carbon that constitutes the negative electrode material described above can be used.

原料として用いる炭素材料は、特に限定しないが、得ようとする負極材料の比表面積よりも大きい比表面積を備える炭素材料を選択することができる。後段の加圧工程によって比表面積は低下するからである。原料としての炭素材料の単位質量あたりの比表面積は、例えば、700m/g以上であり、また例えば、750m/g以上であり、また例えば、800m/g以上であり、また例えば、900m/g以上であり、また例えば、1000m/g以上であり、また例えば、1100m/g以上であり、1200m/g以上であり、また例えば、1300m/g以上であり、また例えば、1400m/g以上であり、また例えば、1500m/g以上であり、また例えば、1600m/g以上であり、また例えば、1700m/g以上であり、また例えば、1800m/g以上であり、また例えば、1900m/g以上であり、また例えば、2000m/g以上であり、また例えば、2200m/g以上であり、また例えば、2400m/g以上であり、また例えば、2600m/g以上であり、また例えば、2800m/g以上である。なお、原料としての炭素材料の単位質量当たりの比表面積は、特に限定しないが、例えば、4000m/g以下であり、また例えば、3600m/g以下であり、また例えば、3400m/g以下であり、また例えば、3200m/g以下であり、また例えば、3000m/g以下である。原料としての炭素材料の好適な比表面積の範囲は、上記した下限値及び上限値を組み合わせることで設定することができるが、例えば、750m/g以上3600m/g以下などとすることができる。 The carbon material used as the raw material is not particularly limited, but a carbon material having a specific surface area larger than that of the negative electrode material to be obtained can be selected, because the specific surface area will be reduced by the subsequent pressurizing step. The specific surface area per unit mass of the carbon material as raw material is, for example, 700 m 2 /g or more, for example, 750 m 2 /g or more, for example, 800 m 2 /g or more, for example, 900 m 2 /g or more, for example, 1000 m 2 /g or more, for example, 1100 m 2 /g or more, for example, 1200 m 2 /g or more, for example, 1300 m 2 /g or more, for example, 1400 m 2 /g or more, for example, 1500 m 2 /g or more, for example, 1600 m 2 /g or more, for example, 1700 m 2 /g or more, for example, 1800 m 2 /g or more, for example, 1900 m 2 /g or more, or for example, 2000 m 2 /g or more. /g or more, for example, 2200 m 2 /g or more, for example, 2400 m 2 /g or more, for example, 2600 m 2 /g or more, and for example, 2800 m 2 /g or more. The specific surface area per unit mass of the carbon material as raw material is not particularly limited, but is, for example, 4000 m 2 /g or less, for example, 3600 m 2 /g or less, for example, 3400 m 2 /g or less, for example, 3200 m 2 /g or less, and for example, 3000 m 2 /g or less. The suitable range of the specific surface area of the carbon material as raw material can be set by combining the above-mentioned lower limit value and upper limit value, and can be, for example, 750 m 2 /g or more and 3600 m 2 /g or less.

原料として用いる炭素材料は、特に限定しないが、得ようとする負極材料の嵩密度よりも小さい、すなわち、嵩高い炭素材料を選択することができる。後段の加圧工程によって嵩密度が向上させるためである。原料としての炭素材料の嵩密度は、例えば、0.10g/cm以上であり、また例えば、0.20g/cm以上であり、また例えば、0.30g/cm以上であり、また例えば、0.40g/cm以上であり、また例えば、0.50g/cm以上であり、また例えば、0.60g/cm以上である。また、嵩密度は、例えば、0.90g/cm以下であり、0.80g/cm以下であり、また例えば、0.70g/cm以下であり、また例えば、0.65g/cm以下であり、また例えば、0.60g/cm以下であり、また例えば、0.50g/cm以下である。原料としての炭素材料の好適な嵩密度の範囲は、上記した下限値及び上限値を組み合わせることで設定することができるが、例えば、0.20g/cm以上0.70g/cm以下、また例えば、0.20g/cm以上0.65g/cm以下などとすることができる。 The carbon material used as the raw material is not particularly limited, but a carbon material having a bulk density smaller than that of the negative electrode material to be obtained, i.e., a bulky carbon material, can be selected. This is because the bulk density is improved by the subsequent pressurizing step. The bulk density of the carbon material as the raw material is, for example, 0.10 g/cm 3 or more, for example, 0.20 g/cm 3 or more, for example, 0.30 g/cm 3 or more, for example, 0.40 g/cm 3 or more, for example, 0.50 g/cm 3 or more, and for example, 0.60 g/cm 3 or more. The bulk density is, for example, 0.90 g/cm 3 or less, 0.80 g/cm 3 or less, for example, 0.70 g/cm 3 or less, for example, 0.65 g/cm 3 or less, for example, 0.60 g/cm 3 or less, or for example, 0.50 g/cm 3 or less. A suitable range of bulk density of the carbon material as a raw material can be set by combining the above-mentioned lower limit value and upper limit value, and can be, for example, 0.20 g/cm 3 or more and 0.70 g/cm 3 or less, or, for example, 0.20 g/cm 3 or more and 0.65 g/cm 3 or less.

原料としての炭素材料が備える単位体積当たりの比表面積は、特に限定するものではないが、例えば、400m/cm以上であり、また例えば、450m/cm以上であり、また例えば、500m/cm以上であり、また例えば、600m/cm以上であり、また例えば、650m/cm以上であり、また例えば、700m/cm以上である。その上限は、特に限定しないが、比表面積と嵩密度との関係から、例えば、800m/cm以下であり、また例えば、750m/cm以下であり、例えば、700m/cm以下であり、また例えば、650m/cm以下であり、また例えば、600m/cm以下である。原料としての炭素材料の好適な単位体積あたりの比表面積は、上記した下限値及び上限値を組み合わせることで設定することができるが、例えば、450m/cm以上800m/cm以下などとすることができる。 The specific surface area per unit volume of the carbon material as a raw material is not particularly limited, but is, for example, 400 m 2 /cm 3 or more, for example, 450 m 2 /cm 3 or more, for example, 500 m 2 /cm 3 or more, for example, 600 m 2 /cm 3 or more, for example, 650 m 2 /cm 3 or more, and for example, 700 m 2 /cm 3 or more. The upper limit is not particularly limited, but is, from the relationship between the specific surface area and the bulk density, for example, 800 m 2 /cm 3 or less, for example, 750 m 2 /cm 3 or less, for example, 700 m 2 /cm 3 or less, for example, 650 m 2 /cm 3 or less, and for example, 600 m 2 /cm 3 or less. A suitable specific surface area per unit volume of the carbon material as a raw material can be set by combining the above-mentioned lower limit and upper limit, and can be, for example, 450 m 2 /cm 3 or more and 800 m 2 /cm 3 or less.

こうした原料としての活性炭などの炭素材料は、適宜商業的に入手することができる。 These raw materials, such as activated carbon, can be commercially obtained as needed.

原料としては、炭素材料の他に、結合剤を用いることができる。結合剤は、炭素材料に対して均一に加圧して高密度化できるとともに、加圧による炭素材料におけるグラフェンなどの構造の圧密状態を維持することに貢献すると考えられる。結合剤としては、炭素材料を結合させることができるものであれば特に限定するものではなく、負極材料において説明した既述の結合剤を用いることができる。結合剤としては、後述する加圧工程後に、加圧した炭素材料を粉砕後でもそのまま再び成形することができる等の観点から、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いることができる。 In addition to the carbon material, a binder can be used as the raw material. The binder can uniformly pressurize the carbon material to increase its density, and is thought to contribute to maintaining the compacted state of structures such as graphene in the carbon material due to the pressure. There are no particular limitations on the binder as long as it can bind the carbon material, and the binders already described in the negative electrode material can be used. As the binder, polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used from the viewpoint that the pressed carbon material can be molded again as it is even after it is crushed after the pressurization process described below.

また、結着剤の含有割合は、特に限定するものではなく、結合剤として作用することが可能であればよく、例えば、炭素材料と結着剤との総質量に対して0.01質量%以上とすることができる他、負極材料の説明において既に説明した態様の含有量を採用することができる。 The content of the binder is not particularly limited as long as it can act as a binder. For example, it can be 0.01% by mass or more relative to the total mass of the carbon material and the binder, and the content of the form already explained in the description of the negative electrode material can be adopted.

(加圧工程)
加圧工程は、原料としての炭素材料を加圧して、比表面積[m/g]×嵩密度[g/cm]で表される単位体積当たりの比表面積が700m/cm以上とする工程である。加圧工程により、原料としての炭素材料を加圧することにより、グラフェン層又は壁の間の距離が近接化し、結果として炭素材料が圧密により高密度化され、原料の嵩密度が向上すると考えられる。また、同時に原料の比表面積が低下すると考えられる。
(Pressing process)
The pressurizing step is a step in which the carbon material as a raw material is pressurized to make the specific surface area per unit volume, expressed as specific surface area [ m2 /g] x bulk density [g/ cm3 ], 700 m2 / cm3 or more. By pressurizing the carbon material as a raw material in the pressurizing step, the distance between the graphene layers or walls is shortened, and as a result, the carbon material is compacted to increase the density, and the bulk density of the raw material is improved. At the same time, the specific surface area of the raw material is thought to decrease.

加圧工程では、特に限定するものではないが、例えば、油圧プレス機等の公知の圧縮成形機を用いることができる。加圧工程は、1回であってもよいが原料としての炭素材料に対して複数回繰り返して行うこともできる。複数回行うことで、小さい圧力でも十分な高密度化が可能となる。加圧工程の回数は特に限定するものではなく、用いる炭素材料、加圧時の圧力、意図する高密度化の程度によって適宜設定されるが、例えば、1回以上数十回以下であり、また例えば、1回以上50回以下であり、また例えば、1回以上20回以下であり、また例えば、1回以上10回以下であり、また例えば、1回以上6回以下、また例えば、1回以上5回以下である。 In the pressurizing step, although there is no particular limitation, for example, a known compression molding machine such as a hydraulic press can be used. The pressurizing step may be performed once, but can also be repeated multiple times on the carbon material as the raw material. By performing the pressurizing step multiple times, sufficient densification can be achieved even with a small pressure. The number of pressurizing steps is not particularly limited and is appropriately set depending on the carbon material used, the pressure at the time of pressurization, and the intended degree of densification, but is, for example, from one time to several tens of times, or from one time to 50 times, or from one time to 20 times, or from one time to 10 times, or from one time to 6 times, or from one time to 5 times.

加圧工程を複数回行う場合には、特に限定するものではなく、例えば、加圧後の原料に対して、引き続き圧力を加えてもよい。また例えば、一旦加圧した原料を解砕、破砕又は磨砕し、原料としての当該解砕物等を再び加圧してもよい。加圧工程を複数回繰り返し行う場合には、原料として炭素材料のほか既述の結合剤を用いて、結合剤の存在下に加圧工程を実施することで、複数回の加圧工程により一層効果的に高密度化が可能となる。 When the pressurizing step is carried out multiple times, there is no particular limitation, and for example, pressure may be continued to be applied to the raw material after pressurization. Also, for example, the raw material that has been pressurized once may be crushed, crushed, or ground, and the crushed material, etc., may be pressurized again as the raw material. When the pressurizing step is carried out multiple times, the above-mentioned binder may be used as the raw material in addition to the carbon material, and the pressurizing step may be carried out in the presence of the binder, thereby making it possible to more effectively increase the density by carrying out the pressurizing step multiple times.

なお、加圧した原料の解砕、破砕又は磨砕については、特に限定するものではないが、公知の解砕、破砕、磨砕を行う装置を利用できる。例えば、遊星ボールミル、振動ボールミル、ジェットミル、ハンマーミルなどの各種ミル、グラインダー、ブレンダーなどを適宜用いることができる。解砕等は、空気雰囲気下、常温及び常圧下で行うことができる。 The crushing, crushing, or grinding of the pressurized raw material is not particularly limited, and any known crushing, crushing, or grinding device can be used. For example, various mills such as planetary ball mills, vibrating ball mills, jet mills, and hammer mills, grinders, blenders, etc. can be used as appropriate. Crushing, etc. can be performed in an air atmosphere at room temperature and normal pressure.

加圧工程の条件は、特に限定されるものではない。加圧工程における圧力は、特に限定するものではなく、原料として用いる炭素材料を体積当たりの充放電容量を増大させることができるように設定される。かかる圧力は、加圧工程の回数にもよるが、原料としての炭素材料を、例えば、50MPa以上、また例えば、100MPa以上、また例えば、120MPa以上、また例えば、140MPa以上、また例えば、200MPa以上、また例えば、500MPa以上、また例えば、600MPa以上、また例えば、700MPa以上、また例えば、800Mpa以上で加圧することができる。50MPa未満であると、圧縮する力が小さく、目的とする嵩密度のものが得られにくいからである。また、原料として活性炭を用いた場合には、圧縮効果を充分発現させるという観点から、100MPa以上の圧力を用いることができる。 The conditions of the pressurizing step are not particularly limited. The pressure in the pressurizing step is not particularly limited, and is set so as to increase the charge/discharge capacity per volume of the carbon material used as the raw material. The pressure depends on the number of pressurizing steps, but the carbon material as the raw material can be pressurized at, for example, 50 MPa or more, or for example, 100 MPa or more, or for example, 120 MPa or more, or for example, 140 MPa or more, or for example, 200 MPa or more, or for example, 500 MPa or more, or for example, 600 MPa or more, or for example, 700 MPa or more, or for example, 800 MPa or more. If the pressure is less than 50 MPa, the compressing force is small and it is difficult to obtain the desired bulk density. In addition, when activated carbon is used as the raw material, a pressure of 100 MPa or more can be used from the viewpoint of fully expressing the compression effect.

また、加圧工程における圧力は、加圧工程の回数にもよるが、例えば、1200MPa以下、また例えば、1000MPa以下、また例えば、900MPa以下、また例えば、800MPa以下、また例えば、750MPa以下で加圧することができる。また、圧力が1200MPaを超えると、処理に用いる装置の耐久性が問題となる等、実用的ではないからである。また、成形金型の耐久性を考慮すると500MPa以下の圧力で高圧圧縮処理を行うことが望ましい。 The pressure in the compression process may vary depending on the number of compression processes, but may be, for example, 1200 MPa or less, or, for example, 1000 MPa or less, or, for example, 900 MPa or less, or, for example, 800 MPa or less, or, for example, 750 MPa or less. If the pressure exceeds 1200 MPa, the durability of the processing equipment becomes an issue, making it impractical. In addition, considering the durability of the molding die, it is desirable to perform the high-pressure compression process at a pressure of 500 MPa or less.

加圧工程における加圧範囲は、上記した下限及び上限を適宜組み合わせて設定することができるが、例えば、50MPa以上1200MPa以下であり、また例えば、100MPa以上1200MPa以下であり、また例えば、700MPa以上1200MPa以下である。 The pressure range in the pressure application process can be set by appropriately combining the above-mentioned lower and upper limits, and is, for example, 50 MPa or more and 1200 MPa or less, or, for example, 100 MPa or more and 1200 MPa or less, or, for example, 700 MPa or more and 1200 MPa or less.

加圧工程における温度も特に限定するものではない。例えば、室温から200℃までの温度下で行うことができる。また、加圧工程における加圧時間も特に限定するものではない。例えば、加圧時間は、圧力を保持する時間として数秒~10分程度とすることができる。加圧工程におけるガス雰囲気も特に限定するものではなく、空気雰囲気で常圧下で行うことができる。 The temperature in the pressurizing step is not particularly limited. For example, the pressurizing step can be performed at a temperature between room temperature and 200°C. The pressurizing time in the pressurizing step is also not particularly limited. For example, the pressurizing time can be a few seconds to about 10 minutes as the time for which the pressure is maintained. The gas atmosphere in the pressurizing step is also not particularly limited, and the pressurizing step can be performed in an air atmosphere under normal pressure.

加圧工程を経て得られた炭素材料及び炭素材料と結合剤との混合材料は、炭素材料が加圧によって高密度化されあるいは圧密化されたグラフェンを備えるものとなっている。こうした混合材料は、成形体のまま、あるいは、成形体を解砕、粉砕又は磨砕して粉末状等としてニッケル水素電池の負極材料として供給される。成形体として供給される場合には、負極用組成物の調製前に解砕等される。 The carbon material obtained through the pressurizing process and the mixed material of the carbon material and the binder are provided with graphene in which the carbon material has been densified or compacted by the pressurization. Such mixed materials are supplied as negative electrode materials for nickel-metal hydride batteries either as molded bodies or in powder form after crushing, pulverizing, or grinding the molded bodies. When supplied as molded bodies, they are crushed or the like before preparing the negative electrode composition.

<ニッケル水素電池の負極用組成物>
本明細書に開示されるニッケル水素電池の負極用組成物は、上記した負極材料を含有する。負極用組成物によれば、効果的に体積当たりの充電容量が増大されたニッケル水素電池の負極を得ることができる。
<Negative electrode composition for nickel-metal hydride battery>
The negative electrode composition for a nickel-metal hydride battery disclosed in this specification contains the above-mentioned negative electrode material. The negative electrode composition can effectively provide a negative electrode for a nickel-metal hydride battery with an increased charge capacity per volume.

負極用組成物は、負極材料としての炭素材料の結着剤を含有することができる。結着剤は、既に負極材料に関連して説明したように、ポリテトラフルオロエチレンなど各種公知の結合剤を用いることができる。負極用組成物に含まれる結着剤は、負極材料の製造の際に用いた結合剤のみである場合もあり、負極用組成物の調製時に新たに負極材料に添加された結合剤のみである場合もあり、これらの双方の結合剤を含む場合が挙げられる。いずれの態様の結合剤も、高密度化された炭素材料による単位体積当たりの充電容量の増大に貢献することができる。 The negative electrode composition may contain a binder for the carbon material as the negative electrode material. As already explained in relation to the negative electrode material, various known binders such as polytetrafluoroethylene may be used as the binder. The binder contained in the negative electrode composition may be only the binder used in the production of the negative electrode material, may be only the binder newly added to the negative electrode material when preparing the negative electrode composition, or may contain both of these binders. Either type of binder can contribute to an increase in the charging capacity per unit volume due to the densified carbon material.

負極用組成物における結合剤の含有量は、特に限定するものではないが、例えば、炭素材料と結合剤の総質量に対して0.01質量%以上10質量%以下の範囲など、既述した負極材料におけるのと同様の態様を採ることができる。 The content of the binder in the negative electrode composition is not particularly limited, but can be in the same range as in the negative electrode material described above, for example, 0.01% by mass or more and 10% by mass or less relative to the total mass of the carbon material and the binder.

負極用組成物は、負極材料のほか、Ni粉末等の金属粉末や酸化コバルト等の酸化物、グラファイト、カーボンナノチューブ等のカーボン材料などの導電助剤など、公知のニッケル水素電池の負極用組成物に含まれる成分を同様に含むことができる。導電助剤の添加量は、特に限定されないが、例えば、負極材料100質量部に対し、例えば、0.1質量部以上50質量部以下の範囲が好ましく、また例えば、0.1質量部以上30質量部以下などの範囲とすることができる。こうした負極用組成物は、例えば負極ペーストなどとして用いることもできる。当業者であれば、負極材料ほか、こうした公知の成分を適宜混合して負極用組成物を調製することができる。 The negative electrode composition may contain components contained in known compositions for the negative electrode of nickel-hydrogen batteries, such as metal powders such as Ni powder, oxides such as cobalt oxide, and conductive assistants such as graphite and carbon materials such as carbon nanotubes, in addition to the negative electrode material. The amount of conductive assistant added is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 parts by mass to 50 parts by mass, and may be in the range of 0.1 parts by mass to 30 parts by mass, per 100 parts by mass of the negative electrode material. Such a negative electrode composition may also be used as, for example, a negative electrode paste. A person skilled in the art can prepare a negative electrode composition by appropriately mixing the negative electrode material and such known components.

<ニッケル水素電池及びその負極>
本明細書に開示されるニッケル水素電池は、正極と、負極と、電解液と、セパレータと、を備えており、負極は、上記負極用組成物を含有している。ニッケル水素電池のこれらの電池要素は、筐体(電池ケース)に収容されている。正極、負極、電解液及びセパレータの電池要素は、例えば、券回型、積層型などの公知の形態を採ることができる。また、電池の形状としては、例えば、コイン型、ラミネート型、円筒型、角型等が挙げられる。
<Nickel-metal hydride battery and its negative electrode>
The nickel-metal hydride battery disclosed in this specification includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator, and the negative electrode contains the above-mentioned negative electrode composition. These battery elements of the nickel-metal hydride battery are housed in a housing (battery case). The battery elements of the positive electrode, the negative electrode, the electrolyte, and the separator can have a known form, such as a wound type or a laminated type. The shape of the battery can be, for example, a coin type, a laminated type, a cylindrical type, a square type, or the like.

(正極)
正極は、通常、正極活物質層および正極集電体から構成されている。正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する。正極活物質層は、さらに、導電助剤、結着剤および増粘剤の少なくとも一つを含有していてもよい。正極活物質としては、負極材料と組み合わせた場合に、電池として機能する物質であれば特に限定されず、例えば、金属単体や合金、水酸化物等を挙げることができる。正極活物質としては、ニッケル酸化物を含み、主にオキシ水酸化ニッケルおよび/または水酸化ニッケルからなるものを用いることができる。正極活物質に占めるニッケル酸化物の量は、例えば、90質量%以上100質量%以下であり、95質量%以上100質量%以下である。
(positive electrode)
The positive electrode is usually composed of a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector. The positive electrode active material layer contains at least a positive electrode active material. The positive electrode active material layer may further contain at least one of a conductive assistant, a binder, and a thickener. The positive electrode active material is not particularly limited as long as it functions as a battery when combined with a negative electrode material, and examples of the positive electrode active material include a metal element, an alloy, and a hydroxide. The positive electrode active material may include a material that contains nickel oxide and is mainly composed of nickel oxyhydroxide and/or nickel hydroxide. The amount of nickel oxide in the positive electrode active material is, for example, 90% by mass or more and 100% by mass or less, and 95% by mass or more and 100% by mass or less.

導電助剤は、電子伝導性を付与することができる材料であれば特に限定されず、例えば、Ni粉末等の金属粉末や酸化コバルト等の酸化物、グラファイト、カーボンナノチューブ等のカーボン材料を挙げることができる。導電助剤の添加量は、特に限定されないが、例えば、正極活物質100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上50質量部以下であり、また例えば、0.1質量部以上30質量部以下である、また、結着剤としては、例えば、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)等の合成ゴムやカルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロース、ポリビニルアルコール(PVA)等のポリオール、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素樹脂、アクリル樹脂等を挙げることができる。結着剤の量は、正極活物質100質量部に対して、例えば、7質量部以下であればよく、0.01質量部以上5質量部以下であり、また例えば、0.05質量部以上2質量部以下である。 The conductive assistant is not particularly limited as long as it is a material that can impart electronic conductivity, and examples of the conductive assistant include metal powders such as Ni powder, oxides such as cobalt oxide, graphite, and carbon materials such as carbon nanotubes. The amount of conductive assistant added is not particularly limited, but is, for example, 0.1 parts by mass to 50 parts by mass, or, for example, 0.1 parts by mass to 30 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the positive electrode active material. Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene-butadiene rubber (SBR), celluloses such as carboxymethyl cellulose (CMC), polyols such as polyvinyl alcohol (PVA), fluororesins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), and acrylic resins. The amount of binder may be, for example, 7 parts by mass or less, 0.01 parts by mass to 5 parts by mass, or, for example, 0.05 parts by mass to 2 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the positive electrode active material.

増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロースおよびその変性体(Na塩などの塩も含む)や、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、ポリエチレンオキサイ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、単独又は二種以上を組み合わせることができる。増粘剤の量は、正極活物質100質量部に対して、例えば、5質量部以下であり、また例えば、0.01質量部以上3質量部以下、また例えば、0.05質量部以上1.5質量部以下である。 Examples of thickeners include carboxymethylcellulose and its modified products (including salts such as Na salts), cellulose derivatives such as methylcellulose, saponified polymers having vinyl acetate units such as polyvinyl alcohol, and polyalkylene oxides such as polyethylene oxide. These thickeners can be used alone or in combination of two or more. The amount of thickener is, for example, 5 parts by mass or less, for example, 0.01 parts by mass or more and 3 parts by mass or less, or for example, 0.05 parts by mass or more and 1.5 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the positive electrode active material.

正極集電体の素材としては、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム、ニッケル、鉄、チタン等を挙げることができる。なお、正極集電体の形状としては、例えば、箔状やメッシュ状、多孔質状等がある。 Examples of the material for the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, iron, and titanium. The shape of the positive electrode current collector can be, for example, foil, mesh, or porous.

正極は、正極活物質を含む正極組成物を支持体(正極集電体)に付着させることにより形成することができる。正極組成物は、通常、上記した正極活物質のほか、導電助剤、結着剤とともにペースト化して作成する。分散媒としては、水、有機媒体、またはこれらから選択される二種以上の媒体を混合した混合媒体などが使用できる。 The positive electrode can be formed by attaching a positive electrode composition containing a positive electrode active material to a support (positive electrode current collector). The positive electrode composition is usually prepared by forming a paste with the positive electrode active material described above, a conductive assistant, and a binder. The dispersion medium can be water, an organic medium, or a mixed medium of two or more media selected from these.

正極は、上記正極合剤ペーストを支持体の形状などに応じて支持体に塗布してもよく、支持体の空孔に充填させてもよい。正極は、支持体に塗布または充填し、乾燥して分散媒を除去し、得られた乾燥物を厚み方向に圧縮(例えば、一対のロール間で圧延)することにより形成できる。 The positive electrode may be formed by applying the positive electrode mixture paste to a support or filling the pores of the support depending on the shape of the support. The positive electrode may be formed by applying or filling the positive electrode mixture paste to a support, drying to remove the dispersion medium, and compressing the resulting dried material in the thickness direction (e.g., rolling between a pair of rolls).

(負極)
負極は、通常、負極活物質層および負極集電体から構成されている。負極活物質層は、負極活物質として、少なくとも上記に記載した負極材料を含有する負極用組成物を含んでいる。
(Negative electrode)
The negative electrode is usually composed of a negative electrode active material layer and a negative electrode current collector. The negative electrode active material layer contains, as a negative electrode active material, a negative electrode composition containing at least the above-described negative electrode material.

負極集電体の素材としては、例えば、鋼やステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、カーボン等を挙げることができる。また、負極集電体の形状としては、例えば、箔状やメッシュ状、多孔質状等がある。 Examples of materials for the negative electrode current collector include steel, stainless steel, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. The shape of the negative electrode current collector can be, for example, foil, mesh, or porous.

負極は、ペースト状の負極用組成物を負極集電体上に塗布して乾燥して負極活物資層を負極集電体上に形成することにより得ることができる。また、負極用組成物を所定形状に成形し、成形された負極ペーストを負極集電体によって支持することによって得ることもできる。 The negative electrode can be obtained by applying a paste-like negative electrode composition onto a negative electrode current collector and drying it to form a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector. It can also be obtained by forming the negative electrode composition into a predetermined shape and supporting the formed negative electrode paste with the negative electrode current collector.

(電解質層:電解液及びセパレータ)
電解質層は、正極および負極の間に形成された、電解液を含有する層である。本明細書において、電解液は、溶媒として主に水を用いた電解液であり、該溶媒には水以外のものを含んでいてもよい。電解液の溶媒全体に対する水の割合は、例えば、50mol%以上であり、また例えば、70mol%以上であり、また例えば、90mol%以上であり、また例えば、100mol%である。
(Electrolyte layer: electrolyte and separator)
The electrolyte layer is a layer containing an electrolyte solution formed between the positive electrode and the negative electrode. In this specification, the electrolyte solution is an electrolyte solution that mainly uses water as a solvent, and the solvent may contain something other than water. The ratio of water to the entire solvent of the electrolyte solution is, for example, 50 mol% or more, for example, 70 mol% or more, for example, 90 mol% or more, and for example, 100 mol%.

電解液は、アルカリ水溶液であることが好ましい。アルカリ水溶液の溶質としては、例えば、水酸化カリウム(KOH)や水酸化ナトリウム(NaOH)等を挙げることができ、これにLiOHが含まれていてもよい。電解液における溶質の濃度は、高いほど好ましく、例えば、3mol/l以上であり、また例えば、5mol/l以上である。 The electrolyte is preferably an alkaline aqueous solution. Examples of solutes in the alkaline aqueous solution include potassium hydroxide (KOH) and sodium hydroxide (NaOH), which may also contain LiOH. The higher the concentration of the solute in the electrolyte, the more preferable, for example, 3 mol/l or more, and for example, 5 mol/l or more.

電解質層は、セパレータを有している。セパレータとしては、例えば、スルホン化処理したポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂を含有する不織布や多孔膜を挙げることができる。 The electrolyte layer has a separator. Examples of the separator include a nonwoven fabric or a porous membrane containing a resin such as sulfonated polyethylene or polypropylene.

(筐体)
筐体は、正極、負極及びセパレータを収納し、電解質を充填するための電池ケース(セル容器)である。筐体は、電解液に対して腐食されることがなく安定であり、充電時に一時的に発生するガス(酸素または水素)および電解液を外部に漏らさず保持できるものであればよく、例えば、金属ケースや樹脂ケース等が一般に用いられている。
(Housing)
The case is a battery case (cell container) that houses the positive electrode, the negative electrode, and the separator and is filled with an electrolyte. The case may be any case that is stable and not corroded by the electrolyte, and can retain the gas (oxygen or hydrogen) temporarily generated during charging and the electrolyte without leaking to the outside. For example, a metal case, a resin case, or the like is generally used.

本明細書に開示されるニッケル水素電池及びその負極は、例えば、車載用の二次電池用として好適である。車載用の電池としては、車両駆動用のモータに電力を供給する形態となるハイブリッド自動車用電池のほか、スターターモータに電力を供給する電池であってもよい。なお、二次電池には、二次電池の一次電池的使用(充電後、一度の放電だけを目的とした使用)も含まれる。 The nickel-metal hydride battery and its negative electrode disclosed in this specification are suitable, for example, for use as a secondary battery for an automobile. The battery for an automobile may be a battery for a hybrid automobile that supplies power to a motor for driving the vehicle, or a battery that supplies power to a starter motor. Note that the term "secondary battery" also includes a secondary battery used as a primary battery (used only for one discharge after charging).

<車両>
本明細書に開示される車両は、上記負極材料組成物を負極に用いた、ニッケル水素電池などのニッケル水素電池を、モータへの電力供給源等として搭載したものである。軽量かつ低コストでコンパクトなニッケル水素電池であるため、車両の燃費等に貢献できる。
<Vehicles>
The vehicle disclosed in this specification is equipped with a nickel-metal hydride battery, such as a nickel-metal hydride battery, using the above-mentioned negative electrode material composition in the negative electrode, as a power supply source for a motor, etc. Because the nickel-metal hydride battery is lightweight, low-cost, and compact, it can contribute to the fuel efficiency, etc., of the vehicle.

本明細書は、以下の項目の態様を含んでいる。
[1]BET比表面積[m/g]×嵩密度[g/cm]で表される単位体積当たりのBET比表面積が700m/cm以上であり、嵩密度が、0.4g/cm以上1.0g/cm以下である炭素材料である、ニッケル水素電池の負極材料。
[2]単位体積当たりのBET比表面積が900m/cm以上である、[1]に記載の負極材料。
[3]単位体積当たりのBET比表面積が1000m/cm以上である、[1]に記載の負極材料。
[4][1]~[3]のいずれかに記載の負極材料を含有する、ニッケル水素電池の負極用組成物。
[5]さらに、前記炭素材料の結着剤を含有する、[4]に記載の負極用組成物。
[6]前記結着剤を10質量%以下含有する、[5]に記載の負極用組成物。
[7]前記結着剤は、ポリテトラフルオロエチレンである、[5]又は[6]に記載の負極用組成物。
[8]ニッケル水素電池の負極材料の製造方法であって、
原料として、単位質量当たりのBET比表面積が700m/g以上である炭素材料を準備する原料準備工程と、
前記炭素材料を加圧して、BET比表面積[m/g]×嵩密度[g/cm]で表される単位体積当たりのBET比表面積が700m/cm以上とする、加圧工程と、
を備える、製造方法。
[9]前記炭素材料は活性炭である、[8]に記載の製造方法。
[10]前記加圧工程は、前記炭素材料を50MPa以上1200MPa以下の圧力で加圧する工程である、[8]又は[9]に記載の製造方法。
[11]前記加圧工程は、前記炭素材料を結着剤の存在下で加圧する工程である、[8]~[10]のいずれかに記載の製造方法。
[12]ニッケル水素電池であって、
正極と、負極と、電解液と、セパレータと、を備え、前記負極は、[4]~[7]のいずれかに記載の負極用組成物を含有する、ニッケル水素電池。
[13]車両であって、
[12]に記載のニッケル水素電池を搭載する、車両。
This specification includes the following aspects.
[1] A negative electrode material for a nickel-metal hydride battery, which is a carbon material having a BET specific surface area per unit volume, expressed as BET specific surface area [ m2 /g] x bulk density [g/cm3 ] , of 700 m2 /cm3 or more and a bulk density of 0.4 g/ cm3 or more and 1.0 g/cm3 or less .
[2] The negative electrode material according to [1], which has a BET specific surface area per unit volume of 900 m 2 /cm 3 or more.
[3] The negative electrode material according to [1], which has a BET specific surface area per unit volume of 1000 m 2 /cm 3 or more.
[4] A composition for a negative electrode of a nickel-metal hydride battery, comprising the negative electrode material according to any one of [1] to [3].
[5] The negative electrode composition according to [4], further comprising a binder for the carbon material.
[6] The negative electrode composition according to [5], containing 10% by mass or less of the binder.
[7] The negative electrode composition according to [5] or [6], wherein the binder is polytetrafluoroethylene.
[8] A method for producing a negative electrode material for a nickel-metal hydride battery, comprising the steps of:
A raw material preparation step of preparing a carbon material having a BET specific surface area per unit mass of 700 m 2 /g or more as a raw material;
a pressurizing step of pressing the carbon material so that the BET specific surface area per unit volume, expressed as BET specific surface area [m 2 /g]×bulk density [g/cm 3 ], is 700 m 2 /cm 3 or more;
A manufacturing method comprising:
[9] The method according to [8], wherein the carbon material is activated carbon.
[10] The manufacturing method according to [8] or [9], wherein the pressurizing step is a step of pressurizing the carbon material at a pressure of 50 MPa or more and 1200 MPa or less.
[11] The method according to any one of [8] to [10], wherein the pressurizing step is a step of pressurizing the carbon material in the presence of a binder.
[12] A nickel-metal hydride battery,
A nickel-metal hydride battery comprising a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator, wherein the negative electrode contains the negative electrode composition according to any one of [4] to [7].
[13] A vehicle,
A vehicle equipped with the nickel-metal hydride battery according to [12].

以下、本明細書の開示を具現化した具体例について説明するが、本明細書の開示は、以下の具体例に限定されるものではない。 Specific examples that embody the disclosure of this specification are described below, but the disclosure of this specification is not limited to the following specific examples.

(負極材料の製造)
本実施例では、種々の比表面積の炭素材料と結着剤とを混合して混合原料とした後、混合原料を種々の圧力で加圧して高密度化した炭素材料を負極材料として製造した。
(Production of negative electrode material)
In this example, carbon materials having various specific surface areas and a binder were mixed to prepare a mixed raw material, and the mixed raw material was then compressed at various pressures to increase the density, thereby producing a carbon material as a negative electrode material.

炭素材料としては、表1に示す比表面積及び嵩密度の市販の活性炭(活性炭1~5)を入手して、製造例1~5の負極材料を製造した。また、製造例1~5においては結着剤としてPTFEを用いた。さらに、比較製造例(以下、単に比較例という。)として、活性炭1~5に加え、併せて表1に示す活性炭6を用いた。なお、表1に示す活性炭1~6の単位質量当たりの比表面積及び嵩密度は、以下の方法により測定した。以下の説明において、比表面積及び嵩密度は以下の方法で測定した。 As the carbon material, commercially available activated carbon (activated carbons 1 to 5) with the specific surface area and bulk density shown in Table 1 were procured and used to manufacture the negative electrode materials of Production Examples 1 to 5. In Production Examples 1 to 5, PTFE was used as a binder. Furthermore, in addition to activated carbons 1 to 5, activated carbon 6 shown in Table 1 was also used as a comparative production example (hereinafter simply referred to as the comparative example). The specific surface area and bulk density per unit mass of activated carbons 1 to 6 shown in Table 1 were measured by the following method. In the following explanation, the specific surface area and bulk density were measured by the following method.

<比表面積>
測定する活性炭をマイクロトラック・ベル株式会社製 BELSORP-maxの測定セルにとり、測定セルに導入した窒素の圧力変化から気体の状態方程式を用いて、活性炭に吸着した窒素の量を求め、BET理論で仮定する吸着等温線から活性炭の比表面積を算出した。
<Specific surface area>
The activated carbon to be measured was placed in a measurement cell of a BELSORP-max manufactured by Microtrac-Bell Corporation, and the amount of nitrogen adsorbed onto the activated carbon was determined from the pressure change of the nitrogen introduced into the measurement cell using the gas state equation, and the specific surface area of the activated carbon was calculated from the adsorption isotherm assumed by the BET theory.

<嵩密度>
材料を、0.1MPaの圧力で所定の直径の円板に成形し、成形された炭素材料の高さと直径を測定して体積を求め、用いた材料の質量をその体積で除することにより算出した
<Bulk density>
The material was molded into a disk of a specified diameter at a pressure of 0.1 MPa, the height and diameter of the molded carbon material were measured to determine the volume, and the mass of the material used was divided by the volume to calculate the volume.

以下、製造例1~5の負極材料について表2を参照しつつ説明し、比較例1~6の負極材料について表3を参照して説明する。 Below, the negative electrode materials of Production Examples 1 to 5 are explained with reference to Table 2, and the negative electrode materials of Comparative Examples 1 to 6 are explained with reference to Table 3.

Figure 0007704614000001
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<製造例1>
0.485gの活性炭1と、0.015gのPTFEとを混合して混合物(PTFE含有量3質量%)を調製した。この混合物を、油圧式の圧縮成型機の直径16mmの成形型内に投入して、室温下、表2に示す圧力で加圧して成形して円柱状の成形体を得た。成形体を、メノウ乳鉢と乳棒を用いて粉砕し、この粉砕物につき、再び、表2に示す圧力で加圧した。こうした加圧操作が合計4回になるまで繰り返して行って、最終的に得られた成形体を、メノウ乳鉢と乳棒で粉砕して、その比表面積及び嵩密度を測定した。また、単位体積当たりの比表面積を算出した。これらの結果を表2に示す。
<Production Example 1>
A mixture (PTFE content 3% by mass) was prepared by mixing 0.485 g of activated carbon 1 and 0.015 g of PTFE. This mixture was placed in a 16 mm diameter mold of a hydraulic compression molding machine and molded under pressure at room temperature at the pressure shown in Table 2 to obtain a cylindrical molded body. The molded body was crushed using an agate mortar and pestle, and the crushed product was again pressed at the pressure shown in Table 2. This pressing operation was repeated a total of four times, and the final molded body was crushed using an agate mortar and pestle to measure its specific surface area and bulk density. The specific surface area per unit volume was also calculated. These results are shown in Table 2.

<製造例2>
活性炭2を用い、表2に示す圧力と回数で加圧する以外は、製造例1と同様にして製造例2の負極材料を作製し、比表面積及び嵩密度を測定し、単位体積当たりの比表面積を算出した。これらの結果を表2に示す。
<Production Example 2>
A negative electrode material of Production Example 2 was prepared in the same manner as Production Example 1, except that activated carbon 2 was used and pressure was applied at the pressure and number of times shown in Table 2. The specific surface area and bulk density were measured, and the specific surface area per unit volume was calculated. These results are shown in Table 2.

<製造例3~5>
0.294gの活性炭3~5と0.016gのPTFEとを混合して、各混合物(PTFE含有量2質量%)を調製した。油圧式の圧縮成型機の直径10mmの成形型内に投入して、表2に示す圧力と回数で加圧する以外は、製造例1と同様にして製造例3~5の負極材料を作製し、比表面積及び嵩密度を測定し、単位体積当たりの比表面積を算出した。これらの結果を表2に示す。
<Production Examples 3 to 5>
0.294 g of activated carbon 3 to 5 and 0.016 g of PTFE were mixed to prepare each mixture (PTFE content: 2% by mass). The mixture was placed in a 10 mm diameter mold of a hydraulic compression molding machine, and compressed at the pressure and number of times shown in Table 2. The negative electrode materials of Production Examples 3 to 5 were prepared in the same manner as Production Example 1, and the specific surface area and bulk density were measured to calculate the specific surface area per unit volume. The results are shown in Table 2.

<比較例1~7>
表3に示すように、比較例1~6の負極材料は、入手した活性炭1~6をそのまま用いた。また、比較例7は、0.294gの活性炭6と、0.016gのPTFE0.016gと、を混合して、混合物(PTFE含有量2質量%)を調製した。油圧式の圧縮成型機の直径10mmの成形型内に投入して、表3に示す圧力と回数で加圧する以外は、製造例1と同様にして比較例7の負極材料を作製し、比表面積及び嵩密度を測定し、単位体積当たりの比表面積を算出した。これらの結果を表3に示す。
<Comparative Examples 1 to 7>
As shown in Table 3, the negative electrode materials of Comparative Examples 1 to 6 were obtained by using activated carbons 1 to 6 as they were. In Comparative Example 7, 0.294 g of activated carbon 6 and 0.016 g of PTFE were mixed to prepare a mixture (PTFE content: 2% by mass). The negative electrode material of Comparative Example 7 was prepared in the same manner as in Production Example 1, except that it was placed in a 10 mm diameter mold of a hydraulic compression molding machine and pressed at the pressure and number of times shown in Table 3, and the specific surface area and bulk density were measured, and the specific surface area per unit volume was calculated. These results are shown in Table 3.

Figure 0007704614000002
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Figure 0007704614000003
Figure 0007704614000003

表2及び3に示すように、比較例1~5の未処理の活性炭1~5は、嵩密度が0.20~0.62g/cmであった。活性炭1~5を加圧した得られた製造例1~5の負極材料は、すべて嵩密度がそれぞれの原料である活性炭よりも大きくなり、0.40~1.0g/cm3となった。すなわち、加圧により嵩密度が1.5倍~2.2倍程度に増大していた。比較例1~5の未処理の活性炭1~5は、単位質量当たりの比表面積は750~3250m/gであったが、加圧した製造例1~5の負極材料では、750~2840m/gであり、各活性炭につき同等以下の比表面積となった。すなわち、加圧により比表面積は同程度あるいはやや小さくなる傾向が見られた。 As shown in Tables 2 and 3, the untreated activated carbons 1 to 5 of Comparative Examples 1 to 5 had a bulk density of 0.20 to 0.62 g/cm 3. The negative electrode materials of Production Examples 1 to 5 obtained by pressurizing the activated carbons 1 to 5 all had a bulk density of 0.40 to 1.0 g/cm 3 , which was larger than that of the activated carbons used as raw materials. That is, the bulk density was increased by about 1.5 to 2.2 times due to pressurization. The untreated activated carbons 1 to 5 of Comparative Examples 1 to 5 had a specific surface area per unit mass of 750 to 3250 m 2 /g, but the negative electrode materials of Production Examples 1 to 5 that were pressurized had a specific surface area of 750 to 2840 m 2 /g, which was the same or smaller for each activated carbon. That is, there was a tendency for the specific surface area to be the same or slightly smaller due to pressurization.

(ニッケル水素電池の製造及び充放電容量の評価)
本実施例では、実施例1で製造した製造例1~5の負極材料及び比較例1~7を用いて、負極を作製し、さらに、ニッケル水素電池を作製して充放電容量を評価した。
(Manufacture of nickel-metal hydride batteries and evaluation of charge/discharge capacity)
In this example, negative electrodes were produced using the negative electrode materials of Production Examples 1 to 5 produced in Example 1 and Comparative Examples 1 to 7, and further, nickel-metal hydride batteries were produced and their charge/discharge capacities were evaluated.

製造例の負極材料84質量%、カーボンブラック10質量%にSBRラテックス6質量%を加えてペーストを調製して負極用組成物とした。このペーストを直径20mmの円板状に打ち抜いたNi多孔質体の片面に塗布し乾燥した後、27MPaの圧力でプレスすることにより、負極を作製した。同様にして比較例1~7を用いて負極を作製した。なお、この負極中に含まれる負極材料の量は0.06~0.09gであった。 A paste was prepared by adding 6% by mass of SBR latex to 84% by mass of the negative electrode material of the manufacturing example, 10% by mass of carbon black, and 20% by mass of the carbon black to prepare a negative electrode composition. This paste was applied to one side of a Ni porous body punched into a disk shape with a diameter of 20 mm, dried, and then pressed at a pressure of 27 MPa to prepare a negative electrode. In the same manner, negative electrodes were prepared using Comparative Examples 1 to 7. The amount of negative electrode material contained in this negative electrode was 0.06 to 0.09 g.

作製した負極を、セパレータ及び正極と組み合わせて市販の電池容器(タクミ技研、フラットセル(圧力センサー付き))にセットした。正極として、水酸化ニッケル極(水酸化ニッケルが充填されたニッケル多孔質体、直径20mmの円盤状)を用いた。セパレータとして、スルホン化処理されたポリプロピレン製不織布(円形、直径23mm)を用いた。電池容器内にはアルカリ電解液(7規定の水酸化カリウム水溶液)0.3mlを注入した。 The prepared negative electrode was combined with a separator and a positive electrode and placed in a commercially available battery container (Takumi Giken, flat cell (with pressure sensor)). A nickel hydroxide electrode (nickel porous body filled with nickel hydroxide, disk-shaped with a diameter of 20 mm) was used as the positive electrode. A sulfonated polypropylene nonwoven fabric (circular, diameter 23 mm) was used as the separator. 0.3 ml of alkaline electrolyte (7N potassium hydroxide aqueous solution) was poured into the battery container.

なお、電池の正極容量は約80mAhであり、負極容量よりも正極容量を過剰にした。実用電池では正極容量を負極容量よりも少なくし正極容量支配とするが、本実施例では負極の性能に注目しているため、負極容量に対して正極容量を過剰にして負極容量支配とした。充放電評価は、以下の方法で行った。 The battery's positive electrode capacity was approximately 80 mAh, and the positive electrode capacity was in excess of the negative electrode capacity. In practical batteries, the positive electrode capacity is less than the negative electrode capacity, and the positive electrode capacity dominates. However, in this example, since the focus is on the performance of the negative electrode, the positive electrode capacity was in excess of the negative electrode capacity, and the negative electrode capacity dominates. Charge and discharge evaluation was performed using the following method.

<充放電評価方法>
作製した電池を、25℃の恒温槽中で、負極材料の質量1g当たり60mAの電流で定電流充放電を行った。充電終止電圧は1.6V、放電終止電圧は1.0Vあるいは0.8Vとして、充放電評価を行った。
<Charge/Discharge Evaluation Method>
The fabricated battery was charged and discharged at a constant current of 60 mA per 1 g of the mass of the negative electrode material in a thermostatic chamber at 25° C. The charge cut-off voltage was set to 1.6 V, and the discharge cut-off voltage was set to 1.0 V or 0.8 V, and charge and discharge evaluation was performed.

充放電評価の結果を、表2及び表3に併せて示す。また、充電終止電圧が1.6V放電周知電圧が1.0Vでの重量充放電容量と単位質量当たりの比表面積との関係を図2に示し、同条件での体積充放電容量と単位体積当たりの比表面積との関係を図3に示す。 The results of the charge/discharge evaluation are shown in Tables 2 and 3. Figure 2 shows the relationship between the gravimetric charge/discharge capacity and the specific surface area per unit mass when the end-of-charge voltage is 1.6 V and the nominal discharge voltage is 1.0 V, and Figure 3 shows the relationship between the volumetric charge/discharge capacity and the specific surface area per unit volume under the same conditions.

また、水素ガスの発生については、充電時に充電電圧が1.6Vに達した時点において、電池の内圧を圧力センサーにより測定して、水素ガス発生の有無を評価した。圧力センサーによる圧力の測定値が0.005MPa未満であった場合、「水素ガス発生無し」と評価し、同測定値が0.005MPa以上であった場合、「水素ガス発生有り」と評価した。結果を、表2及び表3に併せて示す。 Regarding hydrogen gas generation, the internal pressure of the battery was measured with a pressure sensor when the charging voltage reached 1.6 V during charging to evaluate whether or not hydrogen gas was generated. If the pressure measured by the pressure sensor was less than 0.005 MPa, it was evaluated as "no hydrogen gas generation," and if the measured value was 0.005 MPa or higher, it was evaluated as "hydrogen gas generation." The results are shown in Tables 2 and 3.

表3及び図2~図3に示すように、比較例1~6の加圧を行っていない活性炭(258~780m/g、0.20~0.63g/cm)、加圧を行ったが比表面積が小さく嵩密度の大きい活性炭(400m/g、1.2g/cm)は、体積充放電容量は6~16mAh/cmとなった。また、比較例1~7の単位体積当たりの比表面積は、258~700m/cmであり、いずれの比較例も、単位体積当たりの比表面積700m/cm以上でかつ嵩密度0.40~1.00g/cm以下を充足しなかった。 2 and 3, the activated carbons not subjected to pressure in Comparative Examples 1 to 6 (258 to 780 m 2 /g, 0.20 to 0.63 g/ cm 3 ) and the activated carbons subjected to pressure but with small specific surface areas and large bulk densities (400 m 2 /g, 1.2 g/cm 3 ) had volumetric charge/discharge capacities of 6 to 16 mAh/cm 3 . The specific surface areas per unit volume in Comparative Examples 1 to 7 were 258 to 700 m 2 /cm 3 , and none of the Comparative Examples satisfied the requirements of a specific surface area per unit volume of 700 m 2 /cm 3 or more and a bulk density of 0.40 to 1.00 g/cm 3 or less.

一方、表2及び図2~3に示すように、製造例1~5の負極材料の体積充放電容量は、17~35mAh/cmとなり、対応する比較例1~5の体積充放電容量に比較して、1.4倍~2.2倍となっていた。これらのことから、充電時、プロトンとカーボンの相互作用が高密度化によって増大しているものと考えられた。また、製造例1~5の単位体積当たりの比表面積が700m/cm~1136m/cmであるとともに、嵩密度が0.40~1.0g/cm以下の範囲にあった、 On the other hand, as shown in Table 2 and Figures 2 and 3, the volumetric charge-discharge capacities of the negative electrode materials of Production Examples 1 to 5 were 17 to 35 mAh/ cm3 , which was 1.4 to 2.2 times higher than the volumetric charge-discharge capacities of the corresponding Comparative Examples 1 to 5. From these results, it was considered that the interaction between protons and carbon during charging was increased due to the higher density. In addition, the specific surface area per unit volume of Production Examples 1 to 5 was 700 m2 / cm3 to 1136 m2 / cm3 , and the bulk density was in the range of 0.40 to 1.0 g/ cm3 or less.

以上のことから、一定以上の単位質量当たりの比表面積を有する活性炭などの炭素材料を加圧して高密度化し、嵩密度を増大させることで、充電時におけるプロトン等とカーボンとの相互作用を増大させてニッケル水素電池の単位体積あたりの充放電容量を増大できたものと考えられた。 Based on the above, it is believed that by compressing carbon materials such as activated carbon that have a specific surface area per unit mass of a certain amount or more, densifying them and increasing their bulk density, it is possible to increase the interaction between protons and the carbon during charging, thereby increasing the charge/discharge capacity per unit volume of the nickel-metal hydride battery.

また、表2及び表3に示すように、負極材料に炭素材料を利用することで、水素ガスが発生しないことがわかった。すなわち、水素ガスは十分に負極材料に吸着されているものと考えられた。 In addition, as shown in Tables 2 and 3, it was found that hydrogen gas was not generated by using a carbon material as the negative electrode material. In other words, it was thought that hydrogen gas was sufficiently adsorbed by the negative electrode material.

以上のことから、製造例で作製した負極材料は、ニッケル水素電池の負極材料として有用であることがわかった。
From the above, it was found that the negative electrode materials prepared in the Production Examples are useful as negative electrode materials for nickel-metal hydride batteries.

Claims (9)

BET比表面積[m /g]が2600[m /g]以上2840[m /g]以下であり、
嵩密度が、0.40g/cm 以上0.43g/cm 以下であり、BET比表面積[m/g]×嵩密度[g/cm]で表される単位体積当たりのBET比表面積が1100/cm以上である、炭素材料、
を含有する、ニッケル水素電池の負極材料。
The BET specific surface area [m 2 /g] is 2600 [m 2 /g] or more and 2840 [m 2 /g] or less,
A carbon material having a bulk density of 0.40 g/cm 3 or more and 0.43 g/cm 3 or less, and a BET specific surface area per unit volume expressed by BET specific surface area [m 2 /g] × bulk density [g/cm 3 ] of 1100 m 2 /cm 3 or more;
A negative electrode material for nickel-metal hydride batteries comprising:
請求項に記載の負極材料を含有するニッケル水素電池の負極用組成物。 A composition for the negative electrode of a nickel-metal hydride battery, comprising the negative electrode material according to claim 1 . さらに、前記炭素材料の結着剤を含有する、請求項に記載の負極用組成物。 The negative electrode composition according to claim 2 , further comprising a binder for the carbon material. 前記結着剤は、ポリテトラフルオロエチレンである、請求項に記載の負極用組成物。 The negative electrode composition according to claim 3 , wherein the binder is polytetrafluoroethylene. ニッケル水素電池の負極材料の製造方法であって、
原料として、単位質量当たりのBET比表面積が3000/g以上である炭素材料を準備する原料準備工程と、
前記炭素材料を含む混合物を加圧して、BET比表面積[m /g]が2600[m /g]以上2840以下[m /g]、嵩密度が、0.40g/cm 以上0.43g/cm 以下、BET比表面積[m/g]×嵩密度[g/cm]で表される単位体積当たりのBET比表面積が1100/cm以上とする加圧工程と、
を備える、製造方法。
A method for producing a negative electrode material for a nickel-metal hydride battery, comprising the steps of:
a raw material preparation step of preparing a carbon material having a BET specific surface area per unit mass of 3000 m 2 /g or more as a raw material;
a pressurizing step of pressurizing the mixture containing the carbon material to a BET specific surface area [m2 / g] of 2600 [m2 / g] or more and 2840 [m2 / g] or less, a bulk density of 0.40 g/cm3 or more and 0.43 g/cm3 or less , and a BET specific surface area per unit volume expressed by BET specific surface area [ m2 /g] x bulk density [g/ cm3 ] of 1100 m2 /cm3 or more ;
A manufacturing method comprising:
前記原料準備工程における前記炭素材料は、BET比表面積[m /g]が3000[m /g]以上3250[m /g]以下であり、嵩密度が、0.20g/cm 以上0.26g/cm 以下である活性炭である、請求項に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 5, wherein the carbon material in the raw material preparation step is activated carbon having a BET specific surface area [m2 / g] of 3000 [m2 / g] or more and 3250 [m2 / g] or less and a bulk density of 0.20 g/ cm3 or more and 0.26 g/cm3 or less . 前記加圧工程は、前記炭素材料を結着剤の存在下で加圧する工程である、請求項5又は6に記載の製造方法。 The method according to claim 5 or 6 , wherein the pressurizing step is a step of pressing the carbon material in the presence of a binder. ニッケル水素電池であって、
正極と、負極と、電解液と、セパレータと、を備え、前記負極は、請求項2~4のいずれかに記載の負極用組成物を含有する、ニッケル水素電池。
A nickel-metal hydride battery,
A nickel-metal hydride battery comprising a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator, the negative electrode containing the negative electrode composition according to any one of claims 2 to 4 .
請求項に記載のニッケル水素電池を搭載する、車両。 A vehicle equipped with the nickel-metal hydride battery according to claim 8 .
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