JPH0412455A - アルカリ蓄電池用電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明アルカリ蓄電池の電極構造に係り、三次元構造を
有する金属支持体表面にニッケル粉末を焼結することに
よって、強度、集電性能及び活物質との密着性の向上、
ショート不良の低減、含浸を伴う操作による＃専活物質
の充填を可能とするなどを目的としている。

従来の技術 従来、アルカリ蓄電池用の電極は、穿孔板、穿孔板にニ
ッケル粉末を焼結して作製する焼結板、スポンジ状のニ
ッケル及びフェルト状に二ックル等の集電体に、活物質
を充填して作製していた。これら集電体のはだす役割と
して１）活物質の充填量を多くする目的から、多孔性な
構造であること ２）集電性能及び活物質保持性能を良好にするために、
三次元的な構造を有すること３）必要な強度を有するこ
と が重要な項目となっている。

発明が解決しようとする課題 しかし、これらの集電体は以下に示すような問題点があ
る。

穿孔板は体積をとらない構造であり、強度は有するもの
の、厚み成分を有しない二次元的な構造であるために、
集電性能及び活物質保持性能が悪いという問題点がある
。

穿孔板にニッケル粉末を焼結して作製する焼結板は、集
電性能及び活物質保持性能に優れ、かつ強度を有する。

しかし、焼結板は８５％程度の多孔度しか得られないた
めに活物質の充填量を多くできないという問題点がある
。

スポンジ状のニッケルやフェルト状のニッケルは、三次
元構造体であり、９０％を超える多孔度が得られ活物質
の充填量を多くできるものの、集電性能、活物質保持性
能が悪いという問題点がある。特にスポンジ状ニッケル
は、表面がなめらかで凹凸が少ないために、集電性能を
向上させる目的としてペースト状活物質にニッケル粉末
などの導電材を添加する必要があること、含浸を伴う操
作では満足できる活物質量を充填できないなどの問題点
がある。また、スポンジ状ニッケルは強度が弱いために
、集電端子としてスポット溶接した部分が折れてしまう
という問題点がある。

本発明は、多孔性であり集電性能及び活物質保持性能が
優れ、必要な強度を有する三次元構造をした集電体を提
供することを目的としている。

課題を解決するための手段 上記目的を解決するために、本発明はスポンジ状ニッケ
ルなどの三次元構造を有する金属支持体に、ニッケル粉
末を焼結して作製する焼結基板を集電体として用いるこ
とを特徴としている。これら三次元構造体にニッケル粉
末を焼結する方法として、ニッケル粉末を主成分とし、
バインダとしてメチルセルロース等の糊料及び、必要に
応じて造孔剤を添加して混練しスラリーを得、該スラリ
ーを三次元構造体に塗着した後、乾燥し、しかる後に還
元性雰囲気中で焼結することによって行う。添加する造
孔剤の量により、ニッケル粉末の焼結によって形成され
る細孔径を大にすることができる。

ニッケル粉末の焼結により表面の凹凸が大になった三次
元構造体の一部または全部を、活物質の充填前または充
填後にプレス等で圧縮することによって、三次元構造体
と活物質との密着性を良好にした。

作用 このようにして得られた三次元構造を有する集電体は、
表面にニッケル粉末が焼結された構造であるため、表面
の凹凸が大となっている。

その結果以下に示す効果が認められた。

（１）集電体性能及び活物質保持性能が向上した。

その結果、ペースト式電極において、活物質脱落量の低
減が可能となり、従来導電材として活物質中に添加して
いたニッケル粉末の添加が不要になった。この電極を用
いたアルカリ蓄電池は、放電特性及び寿命性が向上した
。

（２）三次元構造を有する集電体の機械的な強度が向上
した。その結果、集電体に集電用端子を溶接した部分に
おける折れによる不良が低減した。−万雷池作製時にお
いてショート発生率が低減した。

（３）活物質を含浸を伴う操作によって充填することが
可能となった。

実施例 以下、本発明の一実施例を詳細に説明する。

本実施例では、水１００　ｇに有機粘着剤としてメチル
セルロースを３ｇ加えて混練し、糊液を作製する。この
糊液に、インターナショナルニッケルコーポレーション
類のニッケル粉末（商品名＃２５５）を５０ｇ加え、　
　７００ｍｍ１１ｇ以下の減圧状態で混練してスラリを
作製する。このようにして作製したスラリをスラリＡと
呼ぶことにする。

スラリＡに、松本油脂製薬株式会社製のマイクロバルー
ン（商品名Ｆ−５０Ｅ）（造孔剤）を５ｇ添加して−７
００ｍ８ｇ以下の減圧状態で再び混練して作製したスラ
リをスラリＢと呼ぶことにする。

同様にスラリＡに上記マイクロバルーンを１０ｇ添加し
て作製したスラリを、スラリＣと呼ぶことにする。以上
、マイクロバルーンを添加してないスラリ（スラリＡ）
、マイクロバルーンの添加間の異るスラリ（スラリＢ、
Ｃ）の３種類のスラリを作製した。

住友電気工業株式会社製のスポンジ状ニッケル（商品名
セルメット）に、作製した３種類のスラリＡ、Ｂ、Ｃを
塗着し、　１５０°Ｃで２０分乾燥した後、水素を含む
還元性雰囲気中で９００″Ｃ１５分間加熱保持し、焼結
する。

このようにして作製した本発明品（スラリＢ使用）の走
査型電子顕微鏡写真を第１図に、従来のスポンジ状ニッ
ケルを第２図に示す。第１図より明らかなように、本発
明品はスポンジ状ニッケルの表面にニッケル粉末が焼結
された構造をしており、その結果、表面の凹凸が大にな
っていることが理解できる。

第１図で認められるが、本発明品は大小２種類の細孔に
よって形成される。すなわちスポンジ状ニッケルによっ
て形成されている細孔と、ニッケル粉末の焼結によって
形成される、より微細な孔径の細孔である。

ニッケル粉末の焼結によって形成される細孔径が、スラ
リ中に添加するマイクロバルーンの量によってどのよう
な影響を受けるかについて水銀圧入式ポロシメータで測
定した結果を第３同に示す。ニッケル粉末の焼結によっ
て形成される細孔径は、添加するマイクロバルーンの量
に比例して大になっている。

上記した本発明品及び従来品について、電気抵抗及び引
張り強さを測定した結果を第１表に示す。

第１表において電気抵抗について本発明品（スラリＡ、
Ｂ、Ｃ）と従来品を比較する。従来品に比べて本発明品
はスラリＡで２９％、スラリＢで２３％、スラリＣで１
７％それぞれ電気抵抗が低い。同様に強度について本発
明品と従来品と第　　１　　表 を比較する。従来品にくらべ本発明品はスラリＡで６７
％、スラリＢで５０％、スラリＣで３３％それぞれ強度
が向上している。これらの結果はスラリ中にマイクロバ
ルーンを添加すると添加量に比例して、電気抵抗及び強
度が低下することを示している。

以下に本発明品をペースト式電極及び含浸を伴う操作に
よって活物質を充填する電極に用いた実施例をそれぞれ
述べる。

スラリＢを使用した本発明品を正極用ペース］・式電極
に用いる場合について説明する。水１００ｇに田中化学
研究所株式会社製の球状水酸化モツケルを１００　ｇ、
住友金属鉱山株式会社製のコバルト粉末を５ｇ加えて大
気中で混練し、ペースト状活物質を作製する。このペー
スト状活物質を本発明品に充填した後に１５０’Ｃで３
０分間乾燥する。次にこの極板にダイキン工業株式会社
製のテフロン微粉末溶液（商品名Ｄ−１）の５倍希釈液
をスプレー法により塗着し、１５０″Ｃで１０分間乾燥
する。なおテフロン微粉末の量は乾燥状態で水酸化ニッ
ケル１００　ｇに対し、２．０〜２．５ｇとする。次に
２ｋｇｆ／ｃＴ！Ｉの圧力で電極表面をプレスした後に
。活物質の脱落防止及びショート防止を目的に電極の周
辺すべて端部がら５ｍｍの部分について１０　ｋｇ　ｆ
　／　ｃｄｌでプレスし、この部分に集電端子をスポッ
ト溶接してペースト式陽極板に作製する。集電用の端子
は電極の端部にスポット溶接で取りつけた。

このようにして作製した陽極板と現在使用されているペ
ースト式陰極板や組み合わせてｓｃ型電池を試作した。

第２表に電池作製時における陽極活物質の脱落量、集電
端子溶接部の折れ、及びショートの発生率を示す。なお
、いずれも１０００個当たりについて示している。

第２表 本発明品は従来品に比べて活物質の脱落量で約１　／　
１０、集電端子溶接部の折れてｌ／１２、ショート性能
及び機械的な強度が大幅に向上しているためと考えてい
る。

第４図は、本発明品と従来品との６Ａ放電特性を示して
いる。本発明品は従来品に比べ放電開始６ｗ＋ｉｎ時に
おける電圧で２５麟Ｖ、１．０Ｖ力・シトオフ容量で、
６０＋＋＋Ａｈそれぞれ高い。

第５図は、本発明品と従来品との各放電電流における１
、Ｏｖカットオフ容量を示している。

本発明品は従来品に比べ高いレートの放電電流における
容量低下が少なく、高率放電特性に優れている。

第６図は、本発明品と従来品との寿命特性を示している
０本発明品は従来品に比べて、長寿命である。

第３〜６図に示された結果は、活物質と集電体との密着
性が良好になるためにＩＲによる電圧低下が少なく、比
較的容易に充放電反応が起こること及び、活物質の脱落
が少ないためと考えている。

スラリＢを使用した本発明品を用い含浸を伴う操作によ
って活物質を充填する場合について一実施例を説明する
。本発明品を硝酸ニッケル水溶液（ガラス電極法で円１
＝　１．５、濃度５．２ｍｏｌ／７！、温度６０℃）中
に１０分間浸漬した後、８０℃５分間乾燥し、水酸化ナ
トリウム水溶液（濃度２０％、温度８０°Ｃ）に１０分
間浸漬し、活物質となる水酸化ニッケルを析出させる。

以上の操作を含浸サイクルと呼ぶ。この操作を繰り返し
た場合における含浸サイクルと活物質充填重量の関係を
第７図に示す。比較例として、従来品であるセルメット
を用い、同一の条件で活物質を充填した結果も示す。活
物質の充填量として１．８ｇ以上を目標値としているが
、本発明品では含浸サイクルが５で目標値を達成できる
。一方、従来品では含浸サイクルが７でも目標値の２５
％程度しか活物質が充填されない。この理由として、第
１図で認められるように、本発明品は表面の凹凸が大で
あるために、表面積が大となり活物質が効率よく充填で
きるためと考えている。

活物質を７サイクル充填した本発明品及び従来品（セル
メット）の電極表面を２ｋｇｆ／ｃＪの圧力でプレスし
た後に電極の周辺すべてを端部から５ｗの部分について
１０　ｋｇ　ｆ　／　ｃｄでプレスして陽極板を作製す
る。集電用の端子は電極の端部にスポット溶接して取り
つけた。

このようにして製作した陽極板及び、現在使用している
ペースト式陰極板を用いてＳＣ型電池を試作した。

第８図は、本発明品と従来品の６Ａ放電特性を示してい
る。１．ＯＶカットオフ容量で比較すると従来品は本発
明品の２０％程度の容量しか得られない。この理由は第
７図で示されるように従来品は本発明品の２５％程度し
か活物質が充填されないこと及び第２図で認められるよ
うに集電体表面の凹凸が少なく、活物質が効率よく充放
電されないためと考えている。

発明の効果 本発明のアルカリ蓄電池用電極は、スポンジ状ニッケル
等の三次元構造を有する金属支持体にニッケル粉末を焼
結した後、活物質が充填されるという特徴がある。本発
明によって、電気的な抵抗が低くなる一方で、機械的強
度が向上し破損しにくくなるという良好な特性を持つこ
とが明らかになった。さらに本発明品は、ペースト状活
物質を充填することを特徴とするペースト式電極用集電
体及び含浸を伴う操作によって活物質を充填する電極用
の集電体として用いることができる。

本発明品をペースト式陽極板に用いた場合、従来品に比
べて、電池作製時における活物質の脱落、集電端子の溶
接部における折れ、ショートなどの不良を大幅に改善す
ることができた。

一方、電池特性を比較しても本発明品は従来品に比べて
放電特性及び寿命特性に優れていることがあきらかにな
った。

本発明品を含浸を伴う操作により活物質を充填する場合
、従来品に比べ活物質の充填量で４倍、放電容量で５倍
にすることができた。

以上、本発明は工業的価値の極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明品の走査形電子顕微鏡写真、第２図は
、従来品の走査形電子顕微鏡写真、第３図は、本発明品
におけるニッケル焼結体の細孔径分布について、水銀圧
入式ボロンメークで測定した結果図、第４図は６ＡＭ電
時における、放電時間と放電電圧の関係曲線図、第５図
は、１．０ｖカツトオフ電圧における放電電流と放電電
圧の関係曲線図、第６図は、充電電流１．２Ａ、充電時
間１．５時間で充電し、放電電流１．２Ａ、１．０Ｖカ
ツトオフ電圧泄池容量を測定した寿命Ｇ特性曲線図、第
７図は含浸サイクルと充填される活物質重量の関係曲線
図、第８図は６Ａ放電時における放電時間と放電電圧の
関係曲線図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）三次元構造を有する金属支持体に、ニッケル粉末
   の焼結体を設けたことを特徴とするアルカリ蓄電池用電
   極。
2. （２）三次元構造を有する金属支持体が、スポンジ状ニ
   ッケルである請求項第１項に記載のアルカリ蓄電池用電
   極。
3. （３）造孔剤を含有せるニッケル粉末の焼結体である請
   求項第１項に記載のアルカリ蓄電池用電極。
4. （４）三次元構造を有する金属支持体の少なくとも一部
   が圧縮されてなる請求項第１又は２項に記載のアルカリ
   蓄電池用電極。
5. （５）焼結体にはペースト状活物質が充填されてなる請
   求項第１又は３項に記載のアルカリ蓄電池用電極。
6. （６）焼結体には活物質が含浸により充填されてなる請
   求項第１又は３項に記載のアルカリ蓄電池用電極。