JPH07114920A - ニッケル極板とその製造方法およびこれを用いたアルカリ蓄電池 - Google Patents
ニッケル極板とその製造方法およびこれを用いたアルカリ蓄電池Info
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Abstract
方法を得るとともに、これを用いたアルカリ蓄電池の高
性能化を図る。 【構成】 半径が1000オングストローム以下の細孔
を有する水酸化ニッケル粉末をアルカリ水溶液中でコバ
ルト化合物と混合し、さらに溶液中で酸化して前記細孔
内にオキシ水酸化コバルトを存在させるとともに、表面
にもオキシ水酸化コバルトを存在させ、正極活物質相互
間や正極活物質と集電体との間の導電性を向上したニッ
ケル極板とし、これをアルカリ蓄電池に用いる。 【効果】 エージング工程や化成のための充電を不要に
できるので、生産性の向上が図れる。
Description
とこれを用いたアルカリ蓄電池に関するもので、さらに
詳しく言えば、その生産性を向上させ、低コスト化が図
れる製造方法を提供し、それによって性能を向上させた
ニッケル−亜鉛蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、ニッケ
ル−カドミウム蓄電池等のアルカリ蓄電池を得ることに
関するものである。
などの軽量化が急速に進む中で、その電源として用いら
れるアルカリ蓄電池にも軽量化、小型化が要求されてい
る。即ち、アルカリ蓄電池には高エネルギー密度化が要
求されている。
られるニッケル極板には、シンター式、ペースト式、ボ
タン式、ポケット式などの形式のものが知られている。
はニッケルネットなどの多孔性基板にニッケル粉末を焼
結させて多孔性焼結基板とし、この多孔性焼結基板に水
酸化ニッケルを主成分とする正極活物質を充填したもの
である。この極板では、焼結させたニッケル粉末の相互
間の結合を良好にしておく必要性から、多孔度が80%
以下の基板が用いられている。
物質の粉末にカーボン粉末等の導電性付加剤を加え、プ
レスしてペレット状にしたものであり、ポケット式ニッ
ケル極板は、穿孔鋼板に設けたポケット部に上記した正
極活物質の粉末を充填したものである。
活物質の粉末に1〜30重量%のCoO(一酸化コバル
ト)の粉末を混合し、この混合物をメチルセルロースや
カルボキシメチルセルロースなどの水溶液中で混練し、
この混練物を集電体としてのニッケル繊維多孔体に充填
したものである。この極板では、電解液を注液して1〜
3日間程度静置するエージングという工程によって電解
液中にCoOを溶解させ、水酸化コバルトβ−Co(O
H)2 として上記多孔体および正極活物質の周囲に析出
させてから充電を行い、導電性の高いオキシ水酸化コバ
ルトβ−CoOOHからなる導電性ネットワークを形成
し、放電性能の改善を図っている。
ッケル極板は、基板の多孔度を80%以上にすることが
困難であるため、電池のエネルギー密度は400mAh
/cc程度が限界であるという問題があり、基板の細孔
が10μm以下であるため、正極活物質は含浸法という
複雑な程度によらなければならないという問題があっ
た。
ケット式ニッケル極板は、正極活物質を直接穿孔鋼板に
充填しているので、集電性能が不十分で、50〜60%
程度の活物質の利用率しか得られないという問題があっ
た。
は、放電性能の改善を図ることはできるが、負極に亜鉛
極を用いた場合には、溶出したコバルトイオンが亜鉛と
反応して水素を発生させるため、自己放電が増加すると
いう問題や、一酸化コバルトCoOの電解液に対する溶
解度が低いためにエージングに時間がかかるという問題
があった。
とした種々のアルカリ蓄電池の高性能化が困難であると
いう問題があった。
め、本発明のニッケル極板は、水酸化ニッケルの粉末が
半径1000オングストローム以下の細孔を有し、少な
くともこの細孔内にオキシ水酸化コバルトを存在させた
ものであり、この水酸化ニッケルの粉末を主成分とする
正極活物質粉末を主体としたことを特徴とするものであ
る。
化ニッケルの粉末の表面にオキシ水酸化コバルトを存在
させたものであり、この水酸化ニッケルの粉末を主成分
とする正極活物質粉末を主体としたことを特徴とするも
のである。
は、半径が1000オングストローム以下の細孔を有す
る水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質粉末にコバ
ルト化合物をアルカリ水溶液中で混合し、濾過した後酸
化水溶液中で酸化し、濾過した後水洗、乾燥し、これに
粒径が50μm以下のオキシ水酸化コバルト粉末を混合
し、この混合物をペースト状に加工して耐アルカリ性金
属からなる三次元多孔性の集電体に充填または集電体と
してのニッケルメッキされた穿孔鋼板、ネット、エキス
パンドメタル、ニッケル箔に塗着し、またはシート状に
加工して集電体としてのニッケルメッキされた穿孔鋼
板、ネット、エキスパンドメタル、ニッケル箔に圧着す
ることを特徴とするものである。
は、半径が1000オングストローム以下の細孔を有す
る水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質粉末をコバ
ルト化合物を含む溶液中に浸漬して撹拌した後酸化剤を
投入して酸化し、濾過、水洗、乾燥し、これをペースト
状に加工して耐アルカリ性金属からなる三次元多孔性の
集電体に充填または集電体としてのニッケルメッキされ
た穿孔鋼板、ネット、エキスパンドメタル、ニッケル箔
に塗着し、またはシート状に加工して集電体としてのニ
ッケルメッキされた穿孔鋼板、ネット、エキスパンドメ
タル、ニッケル箔に圧着することを特徴とする。
した方法により製造された各ニッケル極板を正極とし、
亜鉛極板、水素吸蔵合金を主体とする極板またはカドミ
ウム極板を負極としたことを特徴とするものである。
水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質粉末の細孔内
に導電性の高いオキシ水酸化コバルトβ−CoOOHを
存在させることができ、しかも前記正極活物質粉末の表
面に導電性の高いオキシ水酸化コバルトβ−CoOOH
を存在させることができる。
れたニッケル極板は、正極活物質相互間や正極活物質と
集電体との間の導電性を高めることができ、このニッケ
ル極板を用いたアルカリ蓄電池の高性能化が図れる。
は、正極活物質粉末としての、水酸化カドミウムを5重
量%含有し、半径が1000オングストローム以下の細
孔を有する球状水酸化ニッケル粉末と、コバルト化合物
としての、平均粒径が約1μm、表面積が70m2 /g
の一酸化コバルトCoOとを重量化98:2の割合で、
水酸化カリウムを主体とする比重が1.35の水溶液中
に投入して十分撹拌して混合し、濾過した後酸化剤とし
ての過酸化水素H2 O2 またはペルオキソ二硫酸カリウ
ムK2 S2 O8 を含む酸化水溶液中に投入して十分撹拌
して酸化し、濾過した後水洗、乾燥し、これに粒径が1
μmのオキシ水酸化コバルトCoOOH粉末を重量比9
5:5の割合で混合し、この混合物を2重量%のCMC
溶液でペースト状にし、集電体としての厚さ1.5m
m、多孔度95%のニッケル繊維多孔体に充填し、60
℃で1時間乾燥させた後プレスして表面にテフロンコー
ティングを施すもので、この製造方法によって製造され
たニッケル極板をa1 とする。
方法は、正極活物質粉末としての、水酸化カドミウムを
5重量%含有し、半径が1000オングストローム以下
の細孔を有する球状水酸化ニッケル粉末を1.0モル/
lの過剰の硫酸コバルト水溶液中に浸漬し、24時間撹
拌して細孔内に硫酸コバルトを入り込ませるとともに表
面に硫酸コバルトを付着させ、濾別した粉末を7.0モ
ル/lの水酸化カリウム水溶液中に浸漬して十分撹拌し
た後、前記水溶液中に酸化剤としての過酸化水素H2 O
2 またはペルオキソ二硫酸カリウムK2 S2 O8 を投入
して酸化し、濾過した後水洗、乾燥し、これを2重量%
のCMC溶液でペースト状にし、集電体としての、厚さ
1.5mm、多孔度95%のニッケル繊維多孔体に充填
し、60℃で1時間乾燥させた後プレスして表面にテフ
ロンコーティングを施すもので、この製造方法によって
製造されたニッケル極板をa2 とする。
として、上記球状水酸化ニッケル粉末と、コバルト化合
物としての、平均粒径が約1μm、表面積が70m2 /
gの一酸化コバルトCoOとを重量比95:5の割合
で、水酸化カリウムを主体とする比重1.35の水溶液
中で混合し、濾過した後水洗、乾燥し、これを2重量%
のCMC溶液でペースト状にし、集電体としての、厚さ
1.5mm、多孔度95%のニッケル繊維多孔体に充填
し、60℃で1時間乾燥させた後プレスして表面にテフ
ロンコーティングを施すもので、この製造方法によって
製造されたニッケル極板をb1 とする。
1 を、それぞれ正極として用い、ペースト式カドミウム
極板からなる負極、ポリアミド系不繊布からなるセパレ
ータ、水酸化カリウムを主体とする比重1.25の水溶
液からなる電解液と組み合わせて、公称容量2.0Ah
のニッケル−カドミウム蓄電池A1 ,A2 及びB1 を組
み立てた。なお各蓄電池には正極、負極及びセパレータ
の90%を満たす量だけ電解液を注液し、蓄電池B1 は
電解液の注液後、エージング工程を行い、充電により化
成している。
充放電サイクル数と活物質利用率との関係を調べた。な
お、充電条件は充電電流0.1Cで11時間、放電条件
は放電電流0.2Cとし、図1にその結果を示す。
目から高い活物質利用率を示しているが、蓄電池B1 で
は初期サイクルにおける活物質利用率は低く、その安定
化まで3サイクル程度要することがわかる。
記した充放電条件で1サイクル目および3サイクル目の
放電特性を調査し、図2にその結果を示す。
ら放電容量が一定であるが、蓄電池B1 では1サイクル
目の放電容量が低く、その安定化まで3サイクル程度要
することがわかる。
極板a1 ,a2 ,b1 の原料に用いた水酸化ニッケル粉
末の細孔分布を調査したところ、図3の細孔分布図か
ら、半径が1000オングストローム以下の細孔、特に
半径が20オングストローム程度の細孔が多数存在し、
上記実施例1,2のように酸化処理すると、その細孔が
減少していることがわかり、酸化処理後の細孔内の物質
の分布を調査したところ、図4のスペクトル分布図か
ら、酸化処理後のスペクトル分布図とβ−CoOOHの
スペクトル分布図とが一致し、細孔内にβ−CoOOH
が存在していることがわかった。
シ水酸化コバルトCoOOH粉末を添加することによっ
て水酸化ニッケル粉末の表面にβ−CoOOHを存在さ
せることができ、前記第2の製造方法では、水酸化ニッ
ケル粉末の表面の硫酸コバルトを水酸化カリウム水溶液
中でβ−Co(OH)2 に変化させ、さらにβ−CoO
OHに変化させることによってβ−CoOOHの被覆層
を形成することができ、いずれの水酸化ニッケル粉末の
細孔内にもβ−CoOOHを存在させることができ、正
極活物質相互間や正極活物質と集電体との間の導電性を
高めることができる。これに対して、比較例のものは、
充放電サイクルの初期には一酸化コバルトCoOが完全
にβ−CoOOHに変化していないために導電性が低く
なり、初期の活物質利用率、放電容量がともに低くなっ
ている。
製造されたニッケル極板a1 ,a2は、空気中にしばら
く放置してから使用しても上記と同様の結果が得られ
た。
るオキシ水酸化コバルトCoOOHの粒径を10μm,
50μm,100μmとしてa1 と同様のニッケル極板
を製造し、これを用いて蓄電池を製造し、充放電サイク
ル数と活物質利用率との関係を調査し、結果を図5に示
す。
Hの粒径が50μmを越えると活物質利用率が低下する
ことがわかり、上記製造方法に用いるオキシ水酸化コバ
ルトCoOOHの粒径は50μm以下とするのが好まし
い。
れたニッケル極板a2 を正極として用い、シート式亜鉛
極板からなる負極、セルロース系不繊布からなる保液
紙、微孔性ポリプロピレンからなるセパレータと組み合
わせて、水酸化カリウムを主体とする比重1.35の水
溶液からなる電解液を正極、負極、セパレータ及び保液
紙の90%を満たす量だけ注液して、公称容量10Ah
のニッケル−亜鉛蓄電池A3 を組み立てた。
されたニッケル極板b1 を上記電解液中に浸漬してエー
ジング工程を行い、充電して化成した後に水洗、乾燥し
たものを正極として用いた比較例としてのニッケル−亜
鉛蓄電池B2 を組み立てた。
正極として蓄電池に組み込んでからエージング工程を行
い、充電して化成してなる比較例としてのニッケル−亜
鉛蓄電池B3 とした。
充放電サイクル数と活物質利用率との関係を調べた。な
お、充電条件は充電電流0.1Cで11時間、放電条件
は放電電流0.2Cとし、図6にその結果を示す。
に比べて放電特性がすぐれていることがわかる。
0℃の温度下で20日間放置した後の自己放電量を調査
したところ、蓄電池A3 は35%、蓄電池B2 は37
%、蓄電池B3 は60%であった。このことは、β−C
oOOHが不可逆性であり、溶解度の高いコバルト化合
物が生成せず、β−CoOOHに至るまでの中間生成物
によって亜鉛負極が影響を受けないことによるものと考
えられる。
れたニッケル極板a2 を正極として用い、ペースト式水
素吸蔵合金極板からなる負極、ポリアミド系不繊布から
なるセパレータと組み合わせて、水酸化カリウムを主体
とする比重1.26の水溶液からなる電解液を正極、負
極及びセパレータの90%と満たす量だけ注液して、公
称容量2.0Ahのニッケル−水素蓄電池A4 を組み立
てた。なお、前記水素吸蔵合金極板に用いた水素吸蔵合
金は、希土類元素の混合物であるミッシュメタルMmを
含む、Mm4.2 Ni0.3 Co0.5 である。
されたニッケル極板b1 をそのまま正極として蓄電池に
組み込んでからエージング工程を行い、充電して化成し
てなる比較例としてのニッケル−水素蓄電池B4 とし
た。
サイクル数と活物質利用率との関係を調べた。なお、充
電条件は充電電流0.1Cで11時間、放電条件は放電
電流0.2Cで終止電圧1.0Vとし、図7にその結果
を示す。
高い活物質利用率を示しているが、蓄電池B4 では初期
サイクルにおける活物質利用率は低く、その安定化まで
3サイクル程度要することがわかる。
れたニッケル極板a2 を円筒形、ポケット形、ボタン形
に加工し、これらを用いてニッケル−カドミウム蓄電池
A5,A6 ,A7 を組み立てた。
されたニッケル極板b1 を円筒形に加工し、円筒形のニ
ッケル−カドミウム蓄電池B5 を組み立てた。
ケルカルボニル粉末を混合してポケット形、ボタン形の
ニッケル極板とし、これらを用いてニッケル−カドミウ
ム蓄電池B6 ,B7 を組み立てた。
6 ,B7 とについて、充放電サイクル数と活物質利用率
との関係を調べた。なお、充電条件は充電電流0.1C
で11時間、放電条件は放電電流0.2Cとし、図8に
その結果を示す。
イクル目から高い活物質利用率を示しているが、蓄電池
B5 では初期サイクルにおける活物質利用率は低く、そ
の安定化まで2サイクル程度要し、蓄電池B6 ,B7 で
は全期間を通じて活物質利用率が低いことがわかる。
1.5mm、多孔度95%のニッケル繊維多孔体を硫酸
二アンモニウムコバルト、塩化アンモニウム、塩化ナト
リウムなどを含有するメッキ浴に浸漬してメッキ処理
し、0.1〜0.3μmのコバルトメッキを施した集電
体とし、上記第2の製造方法を用いてニッケル極板a3
とし、このニッケル極板a3 を正極として用い、シート
式亜鉛極板からなる負極、セルロース系不繊布からなる
保液紙、微孔性ポリプロピレンからなるセパレータと組
み合わせて、水酸化カリウムを主体とする比重1.35
の水溶液からなる電解液を正極、負極、セパレータ及び
保液紙の90%を満たす量だけ注液して、公称容量10
Ahのニッケル−亜鉛蓄電池A8 を組み立てた。
いない集電体を用いたニッケル−亜鉛蓄電池A3 とにつ
いて、充放電サイクル数と放電容量との関係を調べた。
なお、充電条件は充電電流0.1Cで11時間、放電条
件は放電電流0.2Cとし図9にその結果を示す。
寿命になったのに対し、蓄電池A8は300サイクルま
で寿命にならなかったことがわかる。このことは、集電
体のコバルトメッキが1回の充放電でCoOOHに変化
し、集電体と正極活物質との間の導電性の向上に寄与し
たためと考えられる。なお、前記コバルトメッキの厚さ
は5μm以上にすると1回の充放電でCoOOHに変化
せず、導電性の向上に寄与しにくくなるため、5μm以
下にするのが好ましい。
って製造されたニッケル極板a2 を用いたものである
が、第1の製造方法によって製造されたニッケル極板a
1 を用いても同様であることは言うまでもない。
ペースト状にする前に、オキシ水酸化コバルトCoOO
Hを混合してもよい。
いて、ペースト状にする前に、耐アルカリ性金属、耐ア
ルカリ性合金、耐アルカリ性金属酸化物、表面が耐アル
カリ性金属によってコーティングされた導電材料または
カーボンなどの導電性付加剤を混合してもよい。
いて、集電体としての、ニッケル繊維多孔体の代わりに
ニッケル発泡体を用いてもよい。
いて、ペースト状に加工したものをニッケルメッキされ
た穿孔鋼板、ネット、エキスパンドメタル、ニッケル箔
に塗着してもよく、ペースト状に加工する代わりにシー
ト状に加工し、これをニッケルメッキされた穿孔鋼板、
ネット、エキスパンドメタル、ニッケル箔に圧着しても
よい。
製造方法は、エージング工程や化成のための充電を不要
にでき、得られたニッケル極板は1サイクル目からの活
物質利用率が高く、しかも放電性能にすぐれているの
で、これを用いたアルカリ蓄電池の高性能化に寄与しう
るものである。
2 を用いたニッケル−カドミウム蓄電池A1 ,A2 と、
比較例の製造方法によるニッケル極板b1 を用いたニッ
ケル−カドミウム蓄電池B1 とについて、充放電サイク
ル数と活物質利用率との関係を比較した図である。
3サイクル目の放電特性を比較した図である。
の細孔分布図である。
を示すスペクトル分布図である。
の関係を示す図である。
いたニッケル−亜鉛蓄電池A3と、比較例の製造方法に
よるニッケル極板b1 を用いたニッケル−亜鉛蓄電池B
2 ,B3 とについて、充放電サイクル数と活物質利用率
との関係を比較した図である。
いたニッケル−水素蓄電池A4と、比較例の製造方法に
よるニッケル極板b1 を用いたニッケル−水素蓄電池B
4 とについて、充放電サイクル数と活物質利用率との関
係を比較した図である。
いた円筒形ニッケル−カドミウム蓄電池A5 、ポケット
形ニッケル−カドミウム蓄電池A6 、ボタン形ニッケル
−カドミウム蓄電池A7 と、比較例の製造方法によるニ
ッケル極板b1 を用いた円筒形ニッケル−カドミウム蓄
電池B5 、正極に球状水酸化ニッケル粉末を用いたポケ
ット形ニッケル−カドミウム蓄電池B6 、ボタン形ニッ
ケル−カドミウム蓄電池B7 とについて、充放電サイク
ル数と活物質利用率との関係を比較した図である。
ル−亜鉛蓄電池A8 と、コバルトメッキを施していない
集電体を用いたニッケル−亜鉛蓄電池A3 とについて、
充放電サイクル数と放電容量との関係を比較した図であ
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 水酸化ニッケルの粉末が半径1000オ
ングストローム以下の細孔を有し、少なくともこの細孔
内にオキシ水酸化コバルトを存在させたものであり、こ
の水酸化ニッケルの粉末を主成分とする正極活物質粉末
を主体としたことを特徴とするニッケル極板。 - 【請求項2】 請求項1に記載された水酸化ニッケルの
粉末の表面にオキシ水酸化コバルトを存在させたもので
あり、この水酸化ニッケルの粉末を主成分とする正極活
物質粉末を主体としたことを特徴とするニッケル極板。 - 【請求項3】 半径が1000オングストローム以下の
細孔を有する水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質
粉末にコバルト化合物をアルカリ水溶液中で混合し、濾
過した後酸化水溶液中で酸化し、濾過した後水洗、乾燥
し、これに粒径が50μm以下のオキシ水酸化コバルト
粉末を混合し、この混合物をペースト状に加工して耐ア
ルカリ性金属からなる三次元多孔性の集電体に充填また
は集電体としてのニッケルメッキされた穿孔鋼板、ネッ
ト、エキスパンドメタル、ニッケル箔に塗着し、または
シート状に加工して集電体としてのニッケルメッキされ
た穿孔鋼板、ネット、エキスパンドメタル、ニッケル箔
に圧着することを特徴とするニッケル極板の製造方法。 - 【請求項4】 半径が1000オングストローム以下の
細孔を有する水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質
粉末をコバルト化合物を含む溶液中に浸漬して撹拌した
後酸化剤を投入して酸化し、濾過、水洗、乾燥し、これ
をペースト状に加工して耐アルカリ性金属からなる三次
元多孔性の集電体に充填または集電体としてのニッケル
メッキされた穿孔鋼板、ネット、エキスパンドメタル、
ニッケル箔に塗着し、またはシート状に加工して集電体
としてのニッケルメッキされた穿孔鋼板、ネット、エキ
スパンドメタル、ニッケル箔に圧着することを特徴とす
るニッケル極板の製造方法。 - 【請求項5】 正極活物質に、耐アルカリ性金属、耐ア
ルカリ性合金、耐アルカリ性金属酸化物、表面が耐アル
カリ性金属によってコーティングされた導電材料または
カーボンなどの導電性付加剤を混合させたことを特徴と
する請求項第3項または第4項記載のニッケル極板の製
造方法。 - 【請求項6】 集電体の表面に厚さが5μm以下のコバ
ルトメッキ層を設けたことを特徴とする請求項第3項ま
たは第4項記載のニッケル極板の製造方法。 - 【請求項7】 請求項第3項または第4項の方法により
製造されたニッケル極板を正極とし、亜鉛極板を負極と
したことを特徴とするアルカリ蓄電池。 - 【請求項8】 請求項第3項または第4項の方法により
製造されたニッケル極板を正極とし、水素吸蔵合金を主
体とする極板を負極としたことを特徴とするアルカリ蓄
電池。 - 【請求項9】 請求項第3項または第4項の方法により
製造されたニッケル極板を正極とし、カドミウム極板を
負極としたことを特徴とするアルカリ蓄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28608293A JP3397216B2 (ja) | 1993-10-19 | 1993-10-19 | ニッケル極板とその製造方法およびこれを用いたアルカリ蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28608293A JP3397216B2 (ja) | 1993-10-19 | 1993-10-19 | ニッケル極板とその製造方法およびこれを用いたアルカリ蓄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07114920A true JPH07114920A (ja) | 1995-05-02 |
| JP3397216B2 JP3397216B2 (ja) | 2003-04-14 |
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ID=17699712
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28608293A Expired - Lifetime JP3397216B2 (ja) | 1993-10-19 | 1993-10-19 | ニッケル極板とその製造方法およびこれを用いたアルカリ蓄電池 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3397216B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101373723B1 (ko) * | 2013-07-23 | 2014-03-13 | 주식회사 비츠로셀 | 리튬일차전지의 양극 제조방법 |
-
1993
- 1993-10-19 JP JP28608293A patent/JP3397216B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101373723B1 (ko) * | 2013-07-23 | 2014-03-13 | 주식회사 비츠로셀 | 리튬일차전지의 양극 제조방법 |
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