JPH07211345A - ボタン電池の形の気密に密閉されたアルカリ蓄電池 - Google Patents
ボタン電池の形の気密に密閉されたアルカリ蓄電池Info
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- JPH07211345A JPH07211345A JP6313691A JP31369194A JPH07211345A JP H07211345 A JPH07211345 A JP H07211345A JP 6313691 A JP6313691 A JP 6313691A JP 31369194 A JP31369194 A JP 31369194A JP H07211345 A JPH07211345 A JP H07211345A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 ボタン電池形の気密なＮｉＣｄまたはＮｉＨ
蓄電池において、少なくとも正極が、通常の圧縮粉末ペ
レットの代りに、金属フォームまたは金属フェルトの多
孔性支持マトリックスを有するペースト化電極（フォー
ム電極またはフェルト電極）により表わされている。 【効果】 とくに、約９５％の多孔性を有する三次元の
フォーム構造は、電極１ｃｍ3あたり５００〜７００ｍ
Ａｈの非常に高い体積容量を助長しかつサイクル作動に
おいて水酸化ニッケルの体積変化に関して機械的に安定
な挙動を示す。
蓄電池において、少なくとも正極が、通常の圧縮粉末ペ
レットの代りに、金属フォームまたは金属フェルトの多
孔性支持マトリックスを有するペースト化電極（フォー
ム電極またはフェルト電極）により表わされている。 【効果】 とくに、約９５％の多孔性を有する三次元の
フォーム構造は、電極１ｃｍ3あたり５００〜７００ｍ
Ａｈの非常に高い体積容量を助長しかつサイクル作動に
おいて水酸化ニッケルの体積変化に関して機械的に安定
な挙動を示す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電池容器内に配置さ
れ、セパレータによって分離された正極および負極を有
するボタン電池の形の気密に密閉されたアルカリ蓄電池
に関する。
れ、セパレータによって分離された正極および負極を有
するボタン電池の形の気密に密閉されたアルカリ蓄電池
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボタン電池の容器は、カップ状下部とニ
ッケルめっきした鋼板からなるカバーとから形成され
る。下部は差当り正極を収容し、次にセパレータとして
耐アルカリ性プラスチック材料が続き、その上に負極が
存在する。電極およびセパレータは電解液で含浸されて
いる。負極とカバーとの間には、電極を電池容器と密に
接触させるばねが存在する。電池カップとカバーは、プ
ラスチックリングによって互いに絶縁されている。カッ
プの縁を折返して強くプレスすることにより、申し分の
ない密封閉鎖が達成される。
ッケルめっきした鋼板からなるカバーとから形成され
る。下部は差当り正極を収容し、次にセパレータとして
耐アルカリ性プラスチック材料が続き、その上に負極が
存在する。電極およびセパレータは電解液で含浸されて
いる。負極とカバーとの間には、電極を電池容器と密に
接触させるばねが存在する。電池カップとカバーは、プ
ラスチックリングによって互いに絶縁されている。カッ
プの縁を折返して強くプレスすることにより、申し分の
ない密封閉鎖が達成される。
【０００３】円形電池と異なるその特殊な構造は別とし
て、ボタン電池は常に約１Ａｈまでの小さい容量に設計
されている。さらに、円形電池はたいてい薄層のフレキ
シブルな巻き電極を備えているが、代表的なボタン電池
の電極は乾燥混合物からなり、ペレットに圧縮成形され
た中実電極であり、不変の表面圧下にあるように電池内
に密接に取付けられている。
て、ボタン電池は常に約１Ａｈまでの小さい容量に設計
されている。さらに、円形電池はたいてい薄層のフレキ
シブルな巻き電極を備えているが、代表的なボタン電池
の電極は乾燥混合物からなり、ペレットに圧縮成形され
た中実電極であり、不変の表面圧下にあるように電池内
に密接に取付けられている。
【０００４】乾燥混合物は、粉末状の活物質（正極の場
合にはＮｉ（ＯＨ）2）、Ｎｉ粉末のような導電性媒質
ならびに少量の結合剤から構成されている。さらに、電
池内の放電リザーブを調節するためには、金属コバルト
または酸化コバルトの添加物が通常である。活物質混合
物のペレット化は、回転式プレスにより製造中に行なわ
れる。
合にはＮｉ（ＯＨ）2）、Ｎｉ粉末のような導電性媒質
ならびに少量の結合剤から構成されている。さらに、電
池内の放電リザーブを調節するためには、金属コバルト
または酸化コバルトの添加物が通常である。活物質混合
物のペレット化は、回転式プレスにより製造中に行なわ
れる。
【０００５】しかし、出来上ったペレットは、既に存在
する導電性材料に対して付加的になお、ニッケル金網か
らなる小さいバスケットによる同様に導電性の補強を必
要とする。ペレットをこのバスケットの中へ入れた後、
バスケットを同じ金網からなる小板を用いて、ペレット
から突出する縁を被覆小板上にたたみ込むことによって
閉じなければならない。その際、プレスラムをもう一度
使用することが必要である。連続製造プロセスにおいて
は、かかる作業工程は障害である。
する導電性材料に対して付加的になお、ニッケル金網か
らなる小さいバスケットによる同様に導電性の補強を必
要とする。ペレットをこのバスケットの中へ入れた後、
バスケットを同じ金網からなる小板を用いて、ペレット
から突出する縁を被覆小板上にたたみ込むことによって
閉じなければならない。その際、プレスラムをもう一度
使用することが必要である。連続製造プロセスにおいて
は、かかる作業工程は障害である。
【０００６】導電性媒質添加物は導電性の劣る活性Ｎｉ
（ＯＨ）2のため、たとえばＮｉ粉末が活物質混合物の
３０重量％にまで達することがあり、それで不活性材料
のかなりのバラストを形成することがこれに加わる。し
かし、この材料の使用は、電極をプレスする際にコレク
タ構造の形成が必要なため不可避である。これにより、
電極の体積あたりの容量は明瞭に制限される。代表的に
は電極１ｃｍ3につき最高４５０ｍＡｈが達成される。
（ＯＨ）2のため、たとえばＮｉ粉末が活物質混合物の
３０重量％にまで達することがあり、それで不活性材料
のかなりのバラストを形成することがこれに加わる。し
かし、この材料の使用は、電極をプレスする際にコレク
タ構造の形成が必要なため不可避である。これにより、
電極の体積あたりの容量は明瞭に制限される。代表的に
は電極１ｃｍ3につき最高４５０ｍＡｈが達成される。
【０００７】作業技術上のもう１つの欠点は電極製造の
際に、回転式プレスにおいて加工しうるような混合物し
か使用することができないことである。これは同時に型
押ダイに特定の潤滑作用を及ぼし、体積配量を可能にす
る粒状化可能な活物質を前提とする。これにはいずれの
粒子分布およびいずれの結合剤も適当でない。これか
ら、配合の変化、粒子大きさの変化およびプラスチック
結合剤添加の変動に関する工程の僅かな融通性が生じ
る。
際に、回転式プレスにおいて加工しうるような混合物し
か使用することができないことである。これは同時に型
押ダイに特定の潤滑作用を及ぼし、体積配量を可能にす
る粒状化可能な活物質を前提とする。これにはいずれの
粒子分布およびいずれの結合剤も適当でない。これか
ら、配合の変化、粒子大きさの変化およびプラスチック
結合剤添加の変動に関する工程の僅かな融通性が生じ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
した欠点を実質的に有しない、アルカリＮｉＣｄ系また
は負極としてとくに水素蓄積合金を有するＮｉＨ系を基
礎とするボタン電池を提供することである。
した欠点を実質的に有しない、アルカリＮｉＣｄ系また
は負極としてとくに水素蓄積合金を有するＮｉＨ系を基
礎とするボタン電池を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１に
定義されているようなボタン電池により解決される。
定義されているようなボタン電池により解決される。
【００１０】それによれば、金属フォーム（フォーム電
極）ないしは金属フェルトまたは金属フリース（フェル
ト電極）からなる高多孔性の支持マトリックスを有する
正のペースト状電極が非常に有利であることが判明し
た。基礎となる金属はとくにニッケルである。
極）ないしは金属フェルトまたは金属フリース（フェル
ト電極）からなる高多孔性の支持マトリックスを有する
正のペースト状電極が非常に有利であることが判明し
た。基礎となる金属はとくにニッケルである。
【００１１】金属フォームを製造するための種々の技術
が存在する。原料はたいてい発泡プラスチック、たとえ
ば連続気泡構造のスポンジ状ポリウレタンである。これ
を当該金属でめっきし、不活性ガス下プラスチックを除
去するために金属を灼熱する。その際、プラスチックは
熱分解し、ニッケル表面の細孔を通ってガス相となる。
他の方法によれば、“プラスチックスポンジ”に金属粉
末を充填し、全体を焼結する。第三の方法は、金属粉末
に細孔形成剤を混合し、混合物を焼結するかまたは溶融
し、細孔形成剤の残分をエッチングにより除去する。
が存在する。原料はたいてい発泡プラスチック、たとえ
ば連続気泡構造のスポンジ状ポリウレタンである。これ
を当該金属でめっきし、不活性ガス下プラスチックを除
去するために金属を灼熱する。その際、プラスチックは
熱分解し、ニッケル表面の細孔を通ってガス相となる。
他の方法によれば、“プラスチックスポンジ”に金属粉
末を充填し、全体を焼結する。第三の方法は、金属粉末
に細孔形成剤を混合し、混合物を焼結するかまたは溶融
し、細孔形成剤の残分をエッチングにより除去する。
【００１２】金属フェルトはたいてい焼結することによ
りフリース類似に強化された金属繊維紡出物が基礎にな
っている。しかし、この金属フェルトは、金属化し、引
き続き不活性ガス下に加熱されるプラスチックフリース
を経て製造することができる。他の公知方法によれば、
Ｎｉをガス相からプラスチックフリース上に析出させ
る。このようなフリースは１００〜１０００μｍの細孔
大きさを有する。
りフリース類似に強化された金属繊維紡出物が基礎にな
っている。しかし、この金属フェルトは、金属化し、引
き続き不活性ガス下に加熱されるプラスチックフリース
を経て製造することができる。他の公知方法によれば、
Ｎｉをガス相からプラスチックフリース上に析出させ
る。このようなフリースは１００〜１０００μｍの細孔
大きさを有する。
【００１３】ボタン電池用の本発明による正極の製造の
ためにはたとえば８５〜９７％、とくに９５％の多孔度
および５０μｍ〜５００μｍの細孔大きさを有する、ス
トリップまたはシート材料として得られるニッケルフォ
ームを、たとえば４ｍｍの定義された厚さに予圧縮し、
この三次元のマトリックス中へ、連続的または不連続的
工程で、種々の添加物を有するＮｉ（ＯＨ）2粉末から
なる均質な水性ペーストを導入する。
ためにはたとえば８５〜９７％、とくに９５％の多孔度
および５０μｍ〜５００μｍの細孔大きさを有する、ス
トリップまたはシート材料として得られるニッケルフォ
ームを、たとえば４ｍｍの定義された厚さに予圧縮し、
この三次元のマトリックス中へ、連続的または不連続的
工程で、種々の添加物を有するＮｉ（ＯＨ）2粉末から
なる均質な水性ペーストを導入する。
【００１４】予圧縮は、電極の厚さにおける単位面積あ
たりの重量を±０．０１ｍｍの許容範囲内に調節するこ
とを目的とする。
たりの重量を±０．０１ｍｍの許容範囲内に調節するこ
とを目的とする。
【００１５】添加物は、固体、液体または分散した形の
結合剤ならびにＣｏ粉末、ＣｏＣ−またはＣｏ（ＯＨ）
2粉末、ならびに場合によりＺｎまたはＣｄの化合物を
包含する。ただし、ボタン電池電極中に慣用の導電性媒
質は除く。
結合剤ならびにＣｏ粉末、ＣｏＣ−またはＣｏ（ＯＨ）
2粉末、ならびに場合によりＺｎまたはＣｄの化合物を
包含する。ただし、ボタン電池電極中に慣用の導電性媒
質は除く。
【００１６】引き続き、基板表面上に残留する過剰のペ
ーストを掻取り、電極ストリップを連続通過型オーブン
中でまたはバッチ式に約１５０℃にまで高めた温度で乾
燥する。
ーストを掻取り、電極ストリップを連続通過型オーブン
中でまたはバッチ式に約１５０℃にまで高めた温度で乾
燥する。
【００１７】これに、個々の粉末粒子の密接な接触を保
証するために、乾燥したストリップの、ローラによるか
または静的プレスを用いる圧縮が続く。電極の厚さは４
ｍｍから２ｍｍに減少し、このような電極はたとえば２
５．１ｍｍの直径および６．７ｍｍの高さを有するボタ
ン電池（１７０ＤＫシリーズ）中へ取付けることができ
る。
証するために、乾燥したストリップの、ローラによるか
または静的プレスを用いる圧縮が続く。電極の厚さは４
ｍｍから２ｍｍに減少し、このような電極はたとえば２
５．１ｍｍの直径および６．７ｍｍの高さを有するボタ
ン電池（１７０ＤＫシリーズ）中へ取付けることができ
る。
【００１８】最後の状態調節工程において、ストリップ
から円形、長方形または六角形の単独電極を押抜き、そ
の際押抜き工具は、押抜きロスができるだけ少ないよう
に構成されている。
から円形、長方形または六角形の単独電極を押抜き、そ
の際押抜き工具は、押抜きロスができるだけ少ないよう
に構成されている。
【００１９】アルカリボタン電池において本発明による
電極を備える利点はフォームマトリックスが中実の電極
とは異なり、Ｎｉ粉末のような導電性媒質の添加物を必
要としないことから明らかである。その機能は支持体の
三次元のスポンジ構造によって引受けられ、該構造はこ
の場合全電極体積の約５％に占めるにすぎない。中実電
極（プレス粉末ペレット）においては、導電性材料の体
積割合は３〜１５％であり、その重量割合は３０％にま
で達しうる。とくに有利な場合、コレクタとして正極を
取囲むニッケルバスケットは同様に断念することができ
る。
電極を備える利点はフォームマトリックスが中実の電極
とは異なり、Ｎｉ粉末のような導電性媒質の添加物を必
要としないことから明らかである。その機能は支持体の
三次元のスポンジ構造によって引受けられ、該構造はこ
の場合全電極体積の約５％に占めるにすぎない。中実電
極（プレス粉末ペレット）においては、導電性材料の体
積割合は３〜１５％であり、その重量割合は３０％にま
で達しうる。とくに有利な場合、コレクタとして正極を
取囲むニッケルバスケットは同様に断念することができ
る。
【００２０】フォーム金属支持体のとくに軽い有利なス
ポンジ構造の結果として、本発明によるボタン電池電極
に対し５００〜７００ｍＡｈの極めて有利な体積容量率
が生じ、この場合最適には８００ｍＡｈまで到達しう
る。同じことは金属フェルト電極（フェルト電極）につ
いてもあてはまる。これとは異なり、慣用のボタン電池
電極における容量は約４５０ｍＡｈ／ｃｍ3にすぎな
い。
ポンジ構造の結果として、本発明によるボタン電池電極
に対し５００〜７００ｍＡｈの極めて有利な体積容量率
が生じ、この場合最適には８００ｍＡｈまで到達しう
る。同じことは金属フェルト電極（フェルト電極）につ
いてもあてはまる。これとは異なり、慣用のボタン電池
電極における容量は約４５０ｍＡｈ／ｃｍ3にすぎな
い。
【００２１】本発明によるボタン電池のとくに有利な構
成においては、正極の単一電極の９０％までの高い容量
は同様にフォーム型の負極によって補償され、この電極
の組合せで約４０％の電池容量の上昇を得ることができ
る。しかし、これはＮｉＣｄボタン電池の負極において
有意であるにすぎない。ＮｉＨ電池の本質的に導電性の
負の合金電極においては、付加的な導電性マトリックス
は不要である。
成においては、正極の単一電極の９０％までの高い容量
は同様にフォーム型の負極によって補償され、この電極
の組合せで約４０％の電池容量の上昇を得ることができ
る。しかし、これはＮｉＣｄボタン電池の負極において
有意であるにすぎない。ＮｉＨ電池の本質的に導電性の
負の合金電極においては、付加的な導電性マトリックス
は不要である。
【００２２】フォームコレクタマトリックスは、その結
合がそのつど支配するプレス圧による中実電極における
三次元のコレクタ構造よりも機械的に安定であるが、長
い間には充放電サイクル作動中に生じる、水酸化ニッケ
ルの体積変化の影響下に著しく崩壊する。これにより正
の中実電極においては、高いサイクル数で生じる、コレ
クタ構造の粒子間の接触ロスの結果として、活物質の部
分範囲の減結合は、本発明によりボタン電池において使
用されるフォーム電極においては不可能である。
合がそのつど支配するプレス圧による中実電極における
三次元のコレクタ構造よりも機械的に安定であるが、長
い間には充放電サイクル作動中に生じる、水酸化ニッケ
ルの体積変化の影響下に著しく崩壊する。これにより正
の中実電極においては、高いサイクル数で生じる、コレ
クタ構造の粒子間の接触ロスの結果として、活物質の部
分範囲の減結合は、本発明によりボタン電池において使
用されるフォーム電極においては不可能である。
【００２３】従って、フォーム電極は、中実電極と比較
して著しく高いサイクル安定性を有し、その結果１時間
の充放電においては１０００以上のサイクル数を達成す
ることができる。
して著しく高いサイクル安定性を有し、その結果１時間
の充放電においては１０００以上のサイクル数を達成す
ることができる。
【００２４】
【実施例】本発明を２つの図面につき説明する。
【００２５】図１によれば、ボタン電池１の容器はカッ
プ状の下部２とニッケルめっきした鋼シートからなるカ
バー３から形成される。カップ状の下部は連続気泡のニ
ッケルフォーム５からなる本発明によるコレクタ構造を
有するＮｉ（ＯＨ）2正極４を含有し、カバー部は、基
礎になる電気化学系によりたとえばＣｄ（ＯＨ）2また
はとくに水素蓄積合金からなる負極を収容する。
プ状の下部２とニッケルめっきした鋼シートからなるカ
バー３から形成される。カップ状の下部は連続気泡のニ
ッケルフォーム５からなる本発明によるコレクタ構造を
有するＮｉ（ＯＨ）2正極４を含有し、カバー部は、基
礎になる電気化学系によりたとえばＣｄ（ＯＨ）2また
はとくに水素蓄積合金からなる負極を収容する。
【００２６】電極は、中間にあるプラスチックセパレー
タ７により互いに電気的に絶縁され、容器はカップの縁
をカバーの縁に折曲げることによって気密に密閉されて
いる。プラスチックリング８は同時にパッキンリングお
よびカバーからのカップの絶縁体として役立つ。
タ７により互いに電気的に絶縁され、容器はカップの縁
をカバーの縁に折曲げることによって気密に密閉されて
いる。プラスチックリング８は同時にパッキンリングお
よびカバーからのカップの絶縁体として役立つ。
【００２７】図２には、正フォーム電極を有する本発明
によるボタン電池（曲線１）および通常のボタン電池
（曲線２）の容量Ｃ（ｍＡｈ）が、サイクル数ｎに関し
てプロットされており、その際曲線はそれぞれ幾つかの
実験電池群の平均値を表わす。すべての場合、ＮｉＨ電
池が存在する。各充電は、１００ｍＡで充電時間４ｈで
行なわれ、各放電は同様に１００ｍＡで０．８Ｖの放電
終止電圧になるまで行なわれる。
によるボタン電池（曲線１）および通常のボタン電池
（曲線２）の容量Ｃ（ｍＡｈ）が、サイクル数ｎに関し
てプロットされており、その際曲線はそれぞれ幾つかの
実験電池群の平均値を表わす。すべての場合、ＮｉＨ電
池が存在する。各充電は、１００ｍＡで充電時間４ｈで
行なわれ、各放電は同様に１００ｍＡで０．８Ｖの放電
終止電圧になるまで行なわれる。
【００２８】正のフォーム電極を有する電池は、慣用の
正の中実電極を有する電池よりも、容量によっても耐用
寿命の点でも明らかにすぐれていることが判明した。
正の中実電極を有する電池よりも、容量によっても耐用
寿命の点でも明らかにすぐれていることが判明した。
【００２９】最後に、ペースト状フォーム電極は中実な
いしはプレス粉末電極と比べて、作業技術上の利点をも
たらし、これは活物質の配合の点で回転式プレスでの機
械的加工性を観察する必要がないという点にある。それ
で、使用したＮｉ（ＯＨ）2ならびに他の粉末状添加物
の形態学および粒度分布は自由に選択できる。プラスチ
ック結合剤では液状、粉末状および分散したタイプの間
で完全に自由に選択することができ；この結合剤の濃度
は広い範囲内で自由に選択できる。
いしはプレス粉末電極と比べて、作業技術上の利点をも
たらし、これは活物質の配合の点で回転式プレスでの機
械的加工性を観察する必要がないという点にある。それ
で、使用したＮｉ（ＯＨ）2ならびに他の粉末状添加物
の形態学および粒度分布は自由に選択できる。プラスチ
ック結合剤では液状、粉末状および分散したタイプの間
で完全に自由に選択することができ；この結合剤の濃度
は広い範囲内で自由に選択できる。
【００３０】第２に、使用物質に関するこの融通性によ
って、ボタン電池の容量、負極可能性およびサイクル安
定性を明瞭に改善することができる。
って、ボタン電池の容量、負極可能性およびサイクル安
定性を明瞭に改善することができる。
【図１】本発明によるボタン電池の蓄電池の断面図
【図２】本発明によるボタン電池の蓄電池および慣用の
ボタン電池の蓄電池の容量および寿命特性の比較曲線図
ボタン電池の蓄電池の容量および寿命特性の比較曲線図
１ 電池容器 ２ カップ形下部 ３ カバー ４ 正のＮｉ（ＯＨ）2電極 ５ ニッケルフォーム ６ 負極 ７ プラスチックセパレータ ８ プラスチックリング
Claims (6)
- 【請求項１】 電池容器内に配置され、セパレータによ
って分離された正極および負極を有するボタン電池の形
の気密に密閉されたアルカリ蓄電池において、少なくと
も正極の支持体マトリックスおよびコレクタマトリック
スが多孔性金属フォームまたは金属フェルトから形成さ
れていることを特徴とするボタン電池の形の気密に密閉
されたアルカリ蓄電池。 - 【請求項２】 フォームまたはフェルトの基礎になって
いる金属がニッケルであることを特徴とする請求項１記
載の蓄電池。 - 【請求項３】 フォーム構造が８５〜９７％の連続気泡
の多孔性を有することを特徴とする請求項１または２記
載の蓄電池。 - 【請求項４】 支持体マトリックス中に埋設された活物
質が、導電性媒質添加物を有しないことを特徴とする請
求項１から３までのいずれか１項記載の蓄電池。 - 【請求項５】 電極体積に対する金属フォームの割合が
約５％であることを特徴とする請求項１から４までのい
ずれか１項記載の蓄電池。 - 【請求項６】 正極の体積容量率が５００〜７００ｍＡ
ｈであることを特徴とする請求項１から５までのいずれ
か１項記載の蓄電池。
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