JPH0495347A - アルカリ蓄電池用電極基体およびその製造法 - 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 本発明はアルカリ蓄電池用電極基体に関するのもである
。

従来の技術 従来、アルカリ蓄電池、例えばニッケルカドミウム蓄電
池電希の製造法としては、ペースト式と焼結式がある。

ペースト式はニッケルメッキ鉄穿孔板等の多孔金属板に
活物質粉末を主成分とするペースト状物質を直接塗着し
、乾燥固着して極板を形成する方式である。このため活
物質の充填性が高く、工程が簡略なためトリクル用途等
に広く用いられている。しかしながら、その構成上導電
性、強度の面で劣るため、大電流放電や高信頼性が必要
な用途については、焼結式が採用されている。

焼結式電極は、カーボニルニンケル粉末と有機バインダ
および溶媒からなるスラリを、金網、穿孔板等の多孔金
属板に塗布乾燥した後、還元雰囲気中、７００〜１００
０°Ｃで焼結することによって得た焼結基板（以下従来
法１と呼ぶ）を電極基体として用い、これに活物質を含
浸することによって作られる。これら電極は前記構造上
、堅牢であり、導電性も高いという特徴を有しているも
のの、逆に発電に寄与できない金属部品である焼結体を
含むため重いという欠点がある。

上記欠点を解決するために、電極基体の高多孔度化を目
標として、金属粉末、添加物等の検討がなされてきた。

しかし、金属粉末による高多孔度化は、現在市販されて
いる最も嵩高い粉末を用いても８０％程度の多孔度が限
度であった。

また添加物として焼結時の熱処理によって消失する微粉
末を原料スラリ中に混入しておく方法も捷案されている
が、この方法では８５％程度の多孔度は得られるにすぎ
ず、むしろ過剰添加による焼結体の強度低下が著しくな
って剥離脱落等の問題が生じた。

これら多孔度の不足を補う方法として、特開昭６３−１
７１８０２号公報、特開昭６３−１７１８０３号公報に
、金属繊維および金属粉末を消失性繊維に抄き込んで、
混抄体を得た後、該混抄体を加熱処理し上記消失性繊維
を消失させ、更に金属繊維および金属粉末を焼結する方
法（以下従来法２と呼ぶ）が開示されている。

一方、特公平１−３２６３３号公報には樹脂からなる繊
維で構成されたマット状微孔体に樹脂粉末を付着させた
後金属メツキを施し、ついで加ま　　− 熱にうり前記樹脂を分解除去する電池基体の製造法（以
下従来法３と呼ぶ）が示されている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来法２を用いると、特開昭６３−１７
１８０３号公報にも示されているように、８０％程度の
多孔度では上記問題点は解決できるものの、さらに高多
孔度を要求される用途では、第３図に示した消失性繊維
の消失によってできた穴にそったｂ−ｂ断面に代表され
るように、穴部周辺の焼結体間の結合力が減少するため
、強度面に問題があり、捲回等の組立時に活物質の脱落
等が発生し易いという問題があった。

一方、従来法３では多孔質体への均一メツキが困難なた
め不都合が生じる。すなわち、メンキ厚が厚い場合には
、上記強度上の問題は解決できるものの、メツキによる
重量増加が大きくなるばかりでなく、繊維および粉末の
除去によってできた中空部分がメツキ層で完全に被われ
てしまうため、熱処理による樹脂の除去や除去により形
成された中空部分への活物質等の充填は困難となって、
高密度化には不利となる。

方、メンキ厚が薄い場合には、メツキ層の欠陥等により
上記充填性等は改善できるものの、逆に強度が不足する
という問題があった。

さらに従来法２．３とも製法上多孔金属板を支持体とし
て用いることが困難であるため、従来法１に比べ、自己
支持性が低くシートの引張強度も低いので、捲回等の組
立時に切れによるショートが発生し易く、また集電端子
の取り付けも困難であった。特にセパレータを介し陽、
陰極板をずらして渦巻き状に捲回したそれぞれの端面に
、集電端子を溶接する集電方式（以下７１し ルトチタブ方式と呼ぶ）を採ることは困難であり、ＩＲ
ドロップによる大電流放電時の利用率あるいは電圧特性
低下の原因となっていた。

課題を解決するための手段 本発明のアルカリ蓄電池用電極基体は、上記の如き軽量
化時の強度、大電流放電性能上の欠点を除去するもので
、中空金属繊維と金属粉末が多孔金属板の両面に焼結さ
れていることを特徴とするも会である。

本発明に用いた中空金属繊維は、加熱、溶解等により消
失する材質の繊維表面に、目的とする元素の被膜を形成
した後、繊維を除去することによって作られる。上記の
方法は、多孔質体を形成した後その表面にメツキによる
被膜を形成する従来法３に比べ、均一な被膜の形成が容
易であることから、被膜の薄形化が可能である。

また同一材料を用いた場合、金属粉末表面にも、メツキ
による被膜が形成される従来法３に比べ、電極基体の軽
量化が可能である。

中空金属繊維および粉末の素材としては、Ｎｉ。

Ｃｏ等が有効である。Ｎｉは、水酸化アルカリ水溶液中
では、はとんど電気化学的な反応を受けないことから、
集電体として有効である。一方、Ｃｏは陽極板中では一
部溶解し、温度特性等の改善にも寄与する。

中空金属繊維の添加量としては、２〜９０％が有効であ
る。また、中空金属繊維の長さとしては０．２〜３１１
１１１、繊維径としては２〜２ｏｏμｍが有効で、望ま
しくは、０．３〜０．８ａ＋＋　Ｔ：　１０〜８０　ｕ
　ｍが良好である。

作用 本発明では、電極の構成物質ではあるが作用物質でない
活物質の保持体である電極基体の強度を損なうことなく
、軽量化するために、通常の金属繊維に比べ嵩密度が低
い中空金属繊維と金属粉末を、多孔金属板の両面に焼結
した電極基体を用いた。ここで用いた中空金属繊維は、
金属粉末間の補強材として働き、金属粉末は表面積拡大
に働く。すなわち本発明の電極基体では、中空金属繊維
表面に比表面積の大きな金属粉末が焼結された構造を有
するため、金属繊維のみを焼結したものに比べ、活物質
との接触面積を増大させ、また金属の被覆厚さを変える
ことにより、繊維の嵩密度を任意に調整でき、さらに中
空金属繊維による補強材としての作用も期待できること
から、電極基体の高多孔度化が可能である。さらに繊維
の中空部分によって形成された穴部は、周囲を繊維自体
により補強されているため、従来法２では問題となった
穴部に起因した強度低下も生じない。また、中空金属繊
維の中空部分の径は、焼結前後で大きく変わらないため
、中空部分の径を選定することにより、電極基体の細孔
分布がコントロールが可能である。さらにマルチタブ化
に必要な多孔金属板と、上記金属粉末または中空金属繊
維との結合が、焼結時に同時に進行するため、簡略な工
程で電極基体が形成できる。

以下、本発明の図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、本発明のアルカリ電池で用いる電極基体を模
式的に示したものである。図において、１は中空部分１
ａを有する中空金属繊維、２は金属粉末からできた焼結
体、１ｂは中空金属繊維の金属による被覆部分を示して
いる。中空金属繊維１を含む電極基体は、中空部分のな
い通常の金属繊維に比べ中空部分に対応する分だけ軽量
化される。第２図は第１図の断面を、第３図は従来法２
による電極基体の一例を模式的に示したものである。第
２図において、４は多孔金属板う表しており、金属粉末
２あるいは中空粉末２あるいは中空金属繊維１がその表
面に焼結されている。第２図に示した切断面ａａ′にお
ける焼結基体を引張る際の切断強度は、中空部分１ａの
周りが金属被覆層１ｂによって補強されているため、第
３図に示した従来法２の切断面ｂ−ｂ’における強度に
比べ、大きくできる。

実施例 次に、このような電極基体の実施例について説明する。

比較例１ カーボニルニッケル粉（ＩＮＣＯ（インコ）社製：タイ
プ２５５）４５重量部と４％メチルセルロース水溶液５
５重量部を練り合わせて得たスラリをニッケルメッキ鉄
穿孔板を塗布乾燥後、水素−窒素雰囲気中で焼結するこ
とにより、多孔度７９．５％の電極基体を得た。この電
極基体を、以下シートＡと呼ぶ。

比較例２ カーボニルニ・７ケル粉（ＩＮＣＯ（インコ）社製二タ
イプ２５５）５０重量部、直径１５〜２０μｍのニッケ
ル繊維１０重量部、直径３０〜４０μｍのポリエステル
繊維４０重量部を抄造した。上記抄造体中の有機物を空
気中、６００°Ｃで酸化した後、還元雰囲気中で焼成す
ることにより、電極基体（以下シー）Ｂと呼ぶ）を得た
。

比較例３ カーボニルニッケル粉（ＩＮＣＯ（インコ）社製：タイ
プ２５５３５０重量部、直径３０１ノｍのポリエステル
繊維１０重量部を抄造した。ついで該シートに公知のニ
ッケル無電解メツキ、さらに電解メツキを行い、メッキ
厚の異なる２種のシートを形成した。その後、酸化雰囲
気中６００°Ｃで熱処理することちより、樹脂部分を除
去し電極基体（以下シートＣ，Ｃ’と呼ぶ）を得た。

実施例１ 断面形状がほぼ丸形である直径１０〜８０μｍの種々の
ポリエステル繊維の表面に、１〜４μｍのニッケル無電
解メツキを施した各繊維を種々の長さに切断する。所定
量のこれら繊維とカーボニルニッケル粉（ＩＮＣＯ（イ
ンク）社製：タイプ２５５〕をメチルセルロース水溶液
と練り合わせてスラリを作製した。第７図に示す装置に
より、ニッケルメッキ鉄穿孔板４を前記スラリ５に浸漬
した後、スリッタ７で所定の厚さに調整し、乾燥炉８で
乾燥した。塗布乾燥後、有機物の分解が可能な酸化性の
第１ゾーン９とニッケルの焼結が可能な還元性の第２ゾ
ーンＩＯを有する焼結炉で焼結し、電極基体（シー）Ｎ
ｏ、１〜１０）を得た。各種電極基体の特性値を第１表
に示した。従来法１による電極基体（シートＡ）に比べ
、いずれも軽量化が達成できている。

また従来法２および３による電極基体（シートＢおよび
Ｃ）に比べ、はぼ同一多孔度であるシー　トＮｃＬ３で
は高い剥離強度が得られている。またこれらシートにＮ
ｉ　（ＯＨ）　ｚを主成分とする活物質を含浸した陽極
板を用いてＳＣ形電池（公称容量１２００ｍＡｈ）を組
み立てた。なお、電池の集電端子には内部抵抗の低減が
期待できるマルチタブ方式を基準としたが、多孔金属板
を使用できないシートＢ＝　Ｃでは採用困難であった。

こきとの捲回時の活物質の脱落量および電池のショート
率を第１表に併記した。本発明品では、シ）Ｂ、Ｃに比
べ、捲回時の脱落およびショートは大幅に低減されてお
り、高い電極強度が得られている。またこれら電池を２
０°Ｃの放電率で放電した際の放電した際の放電曲線を
第４図に、０．２０放電容量に対する２０Ｃ放電容量の
比を第１表に示した。本発明品の大を流放電性能は、シ
ートＢ、Ｃに比べいずれも高く、シートＡと同等である
。第４図において、シートＢ、Ｃの放電開始直後の電圧
低下が大きいのは、前述した集電構造の差に起因してい
る。これら電極基体の細孔分布を第５．６図に示した。

細孔径６〜８μｍに分布のピークを持つ従来法１に比べ
、従来法２．３によって確保される細孔径は、消失性物
質の周辺で起こる大きな焼き縮みにより、５〜４０μｍ
のブロードな分布に変化し、活物質利用率の高い１０μ
ｍ前後の細孔が失われているのに対し、本発明の電極基
体であるシートＮα１〜４は、シートＡとほぼ同一の７
μｍの細孔径と中空金属繊維を得る際のコアとして用い
た消失性繊維の径に対応した８〜７０μｍのシャープな
分布の細孔を有しており、中空金属繊維の中空部分の径
を選定することにより、細孔分布の精度良い制御が任意
にできることがわかった。

実施例２ 具体的実施例１のシート１〜４及びシートＡ、Ｂ、Ｃに
Ｎｓ　（ＯＨ）　ｚを主成分とする活物質を含浸した後
、電池とした。電池内へ注液した電解液量は、陽極活物
質の利用率が最大になる量で各々の最小値に変更した。

充放電１０回行った後の漏液率を第２表に示した。漏液
率はシー）Ａ、Ｂ、Ｃに比べ、低く抑えられており、中
空金属繊維が、充放電反応 により変化する電解液量のハソファとして働くことが分
った。

第２表 実施例３ 具体的実施例１において、シートＮｏ、３に用いた金属
繊維の５％をコバルトメンキ繊維で置き換えた組成で具
体的実施例１同様の方法で電極基体を得た。これら電極
基体にＮ１（ＯＨ）ｚを主成分とする活物質を含浸した
陽極板を用いて電池を組み立てた。これら電池を充放電
した後、解体した際の活物質の脱落量は、シー）Ｎｏ、
３：３８０■に対して、シートＮα１１　：　７５■と
大幅に改善された。これは、活物質原料塩である硝酸塩
中で起こる含浸時の腐食に対して、コバルトが犠牲陽極
として働くため、ニッケルによる骨格部分の腐食を抑制
し強度を保つものと考えられる。

又これら電池を４０°Ｃで充放電した際の活物質利用率
は、シートＮｏ、３　：　７１％に対して、シート隘１
１ニア９％と改善された。

発明の効果 本発明によれば、中空金属繊維と金属粉末を多孔金属板
の両面に焼結した電極基体を用いることにより、電極強
度を損なうことなく、電極基体の高多孔度化が可能とな
る。このことは、大電流放電性能の低下を引き起こすこ
と無く、電池の軽量化を可能にするものであり、さらに
捲回時および充放電時の活物質の剥離脱落を減少させ、
電極の歩留まり向上および電池組立後の内部ショートに
よる不良発生の低減ひいては寿命等、信輔性の向上にも
つながる。また、中空金属繊維の径を選定することによ
り、任意に細孔分布を設定できるため、目的に応じた電
極基体の設計を可能にするものである。さらにマルチタ
ブ化に必要な多孔金属板と、上記金属粉末または中空金
属繊維との結合が、焼結時に同時に進行するため、多孔
質な金属製マント体を形成した後、これらを上記多孔金
属板と結合する必要がある従来法２．３に比べ、簡略な
工程で電極基体が形成できる点、その工業的価値大なる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる中空金属繊維と金属粉末からな
る電極基体の模式図、第２図は第１図の断面図、第３図
は従来法２による電極基体の断面図、第４図は本発明の
実施例１における電極基体を用いた電池の２０Ｃ放電曲
線図、第５．６図は具体的実施例１における電極基体の
細孔分布図、第７図は製造装置の一例を示す図である。 １・・・中空金属繊維、１ａ・・・中空部分、１ｂ・・
・金属被覆部分、２・・・金属粉末が焼結した部分、３
・・・金属繊維、４・・・ニッケルメッキ鉄穿孔板、５
・・・スラリ、６・・・スラリハント、７・・・スリ・
ツタ、８・・・乾燥炉、９・・・焼結炉（第１ゾーン）
、１０・・・焼結炉（第２ゾーン）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属多孔体の両面に中空金属繊維と金属粉末を焼
   結した構造を有するアルカリ蓄電池用電極基体。
2. （２）金属で被覆された消失性繊維と金属粉末および有
   機バインダと溶媒からなるスラリを、多孔金属板に塗布
   乾燥した後、加熱焼結することを特徴とする請求項第（
   １）項に記載のアルカリ蓄電池用電極基体の製造法。