JPH08236109A - 電池用電極の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発泡メタルにペースト状活物質を充填、加圧
してなる電池用電極の製造法であって、高容量で、優れ
た強度、放電特性とサイクル寿命を有する電池用電極を
提供するものである。 【構成】 面密度が２００〜４００ｇ／ｍ²であり、か
つ所望とする極板厚さの３〜４倍の厚さを有する発泡メ
タルを所望とする極板厚さの２〜３倍の厚さとなるよう
に加圧して電極基板を形成する第１の工程と、前記電極
基板にペースト状活物質を充填した後所望とする極板厚
さに加圧して極板を形成する第２の工程とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電池用電極の製造法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電池用電極の製造法は多様である。例え
ば鉛蓄電池ではペースト式、クラッド式等が用いられ、
アルカリ蓄電池ではベント式電池に用いられるポケット
式あるいはペースト式、焼結式が知られている。アルカ
リ蓄電池に用いられている以上の３方式の中では、高率
放電特性上は焼結式が最も優れているが、これは活物質
の充填を繰り返し行う必要があり、製造コストに難点が
ある。また電極の多孔度が低く、充填できる活物質量が
少ないため、通信機・ＯＡ機器の小型化が進むにつれ
て、電池の高容量化の要望に対応ができなくなってき
た。

【０００３】一方では、エネルギー密度の高い電極を得
るために３次元的に連続して連なった空間部を有する高
多孔度の発泡メタルにペースト状活物質を充填する方法
が取り上げられている。この方法により得られる電極は
焼結式電極を使用した電池の充放電特性に近い特性を有
しており、製造法は簡単なペースト式を用いることがで
き、しかもエネルギー密度を簡単な方法で向上させるこ
とができるものである。

【０００４】発泡メタルに活物質を直接充填する方法は
低コストであり、電池特性も比較的優れており、特に高
容量に適した電極である。

【０００５】しかし、発泡メタルの特徴を生かすために
高多孔度にすると電極内に占める金属骨格の割合が少な
くなって、強度が低下するため、密閉型の円筒状渦巻電
極に構成した場合には亀裂や破損を引き起こしやすい。
また発泡メタルは高多孔度であるため活物質が充填され
やすい反面、部分的に厚さのバラツキがあるときには、
活物質の充填量に大きなバラツキが生じ、それに伴って
電池容量のバラツキも大きくなり、実使用で不都合があ
る。

【０００６】この問題を解決するために、特公昭６１−
４２３７７号公報には、発泡状樹脂に金属メッキを施し
て得た発泡メタルもしくはさらに加熱により樹脂を分解
除去し、かつ金属を焼純して得た発泡メタルであって、
所望の極板厚さの１．８〜３倍の厚さを有する発泡メタ
ルを前記所望の極板厚さの１．３〜１．８倍の厚さとな
るように加圧して電極基板を構成し、この電極基板にペ
ースト状活物質を充填した後、所望の極板厚さに加圧す
るという製造法が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この発
泡メタルにおいて、さらなる高容量化を行うために低面
密度の発泡メタルに活物質を充填し、加圧によって所望
の極板厚さをもつ極板を形成する際には、極板内の発泡
メタルの金属量が従来の面密度の発泡メタルを使用した
ときよりも少ないために強度が下がり、活物質の脱落が
起こることと、金属骨格の径が小さいために電気抵抗が
大きくなり、高率放電での電圧低下が大きくなってしま
う。

【０００８】特開平４−２２９９５５号公報には、２０
０〜４００ｇ／ｍ²の発泡メタルの電気抵抗が長さｌｍ
ｍ、幅ｗｍｍの試片において、１０×ｌ／ｗｍΩ以下で
あるアルカリ蓄電池が提案されているが、この発泡メタ
ルを極板に形成するまでの製造法については、具体的な
開示がなされていない。

【０００９】本発明は、上記の課題を解決し、高容量で
かつ優れた強度と放電特性を有する電池用電極の製造法
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の電池用電極の製造法は、面密度が２００〜４
００ｇ／ｍ²でありかつ所望とする極板厚さの３〜４倍
である発泡メタルを前記所望とする極板厚さの２〜３倍
となるように加圧して電極基板を形成する第１の工程
と、この電極基板にペースト状活物質を充填した後所望
とする極板厚さに加圧する第２の工程とからなるもので
ある。

【００１１】

【作用】面密度が２００〜４００ｇ／ｍ²の発泡メタル
を用いると、従来の面密度６００ｇ／ｍ²の発泡メタル
を用いるよりも極板内の金属量が少なくなるため、さら
に高多孔度となり、充填できる活物質量も増え、さらな
る高容量化が可能となる。最初に用いる発泡状ウレタン
樹脂の厚さは従来よりも厚くしておき、これに少量のニ
ッケルでメッキを施して細い骨格を形成する。発泡メタ
ルを加圧した電極基板は、従来の電極基板よりも厚さの
厚い状態で活物質を充填し、その後所望の厚さにまで加
圧するので、極板内に細い骨格が多数存在することにな
る。このことにより径が小さくても単位体積当たりの骨
格数は多くなるため強度において従来と同等であり、活
物質の脱落も起こらない。かつ活物質と金属骨格との接
触の度合いが増えるため接触抵抗が小さくなり、電導度
が向上するため放電電圧の低下を防止することができ
る。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の実施例を説明する。

【００１３】まず厚さ２．５０ｍｍ、多孔度９８％、平
均孔径２００μｍの発泡状ウレタン樹脂に公知の無電解
メッキおよび電解メッキにより３００ｇ／ｍ²のニッケ
ルメッキを行った。この後これを空気中で６５０℃で３
０分間加熱してウレタン樹脂を分解除去した。次に水素
中で９５０℃で３０分間加熱した後徐冷することにより
ニッケルは焼純される。このようにして得られた発泡メ
タルは元の発泡ウレタン樹脂とほぼ同じ厚さ、多孔度、
平均孔径を有している。面密度が３００ｇ／ｍ ²であ
り、厚さ２．５０ｍｍである発泡メタルを１．８０ｍｍ
に加圧して電極基板を形成し、さらにペースト状活物質
を充填した後、０．７０ｍｍに加圧して極板を形成し
た。用いたペースト状活物質は、平均粒径２０μｍの水
酸化ニッケル１００重量部に対して、ニッケルの金属粉
末１０重量部、コバルト酸化物粉末５重量部を加えて粉
末混合し、これに水を加え練合してペースト状にし、す
り込むように充填した。充填および乾燥した前記極板を
０．７０ｍｍまでプレスした後、３％のフッ素樹脂ディ
スパージョン液中に浸漬し、乾燥した。

【００１４】この極板の金属骨格１の形状を図１に示
す。この極板を３５ｍｍ×８７ｍｍに裁断し、所定の位
置にリード板をスポット溶接した。これを本発明の実施
例による電極Ａとする。

【００１５】図２は、面密度が６００ｇ／ｍ²であり、
厚さが２．１０ｍｍである発泡メタルを１．２０ｍｍに
加圧して電極基板を形成し、さらに電極Ａと同様にペー
スト状活物質を充填した後、０．７０ｍｍに加圧した極
板の金属骨格２の形状を示す図である。この極板を電極
Ａと同寸法に裁断した後、所定の位置にリード板をスポ
ット溶接した。これを従来例による電極Ｅとする。

【００１６】図１の実施例による電極Ａは、電極内の金
属骨格が図２の従来例による電極Ｅと比較して細いが、
緻密な構造であるため、優れた電導度と強度が得られ
る。しかも電極の多孔度がＥに比べて３〜５％高いため
高容量化が可能となる。図３には発泡メタルの面密度と
それを用いた電極の電極充填容量密度との関係を示し
た。ここで電池の高容量化を達成するためには、少なく
とも６２０ｍＡｈ／ｃｃの電極充填容量密度を得なけれ
ばならない。そのため発泡メタルの面密度は４００ｇ／
ｍ²以下でなければならない。また図４には発泡メタル
の面密度と電極基板抵抗との関係を示した。発泡メタル
の面密度が２００ｇ／ｍ²以下になると電極基板抵抗が
増大し、電池の放電特性は悪くなった。しかも２００ｇ
／ｍ²以下の場合にはペースト充填後に加圧をしても、
強度が得られず、活物質の脱落も起こった。

【００１７】このため高容量化を達成し、なおかつ優れ
た強度と放電特性を有する電極を得るためには、面密度
を２００〜４００ｇ／ｍ²にする必要がある。

【００１８】その後前記本発明の電極Ａと前記従来の電
極Ｅとをそれぞれ正極として、公知のセパレータとミッ
シュメタル・ニッケル系水素吸蔵合金負極とを用いて渦
巻状に捲回し、水酸化カリウムを主体とするアルカリ電
解液を注入し、４／５ＡＡサイズで公称容量１０００ｍ
Ａｈの電池を構成した。本発明による電極Ａで構成した
電池を電池Ａとし、従来例による電極Ｅを用いて構成し
た電池を電池Ｅとする。

【００１９】この他、（表１）に示したような条件でそ
の他は電極Ａと同様の方法で電極Ｂ、Ｃ、Ｄを作製し
た。

【００２０】

【表１】

【００２１】この（表１）において、電極Ｃは発泡メタ
ルの厚さが極板の厚さの５倍であり、電極基板の厚さが
所望とする極板厚さの４倍である。この場合には極板を
形成する第２の工程で極板に割れが発生し、その後の電
池作製が出来なかった。このことをふまえて、発泡メタ
ルの厚さと電極基板の厚さとを条件を変えて検討を繰り
返した結果、発泡メタルの厚さを所望とする極板の厚さ
の４倍以上にしたときに亀裂が多く発生した。また３倍
以下のときには金属骨格が緻密な構造にならないために
電気抵抗が大きくなり、電池にしたときの放電特性が劣
化した。これにより発泡メタルの厚さは所望とする極板
厚さの３〜４倍とすることが必要である。

【００２２】前記電池Ａ、Ｅと共に、同様にして電極
Ｂ、Ｄを用いて、それぞれ電池Ｂ、Ｄを作製し、３つの
試験を行った。電池容量試験は、２０℃の雰囲気温度
で、１００ｍＡの電流で１５時間充電後、２００ｍＡで
放電したときの電池容量で評価した。また、放電率試験
は２０℃の雰囲気温度で１００ｍＡで１５時間充電後、
それぞれの電池容量の１Ｃおよび３Ｃ相当の電流で放電
したときの容量を電池容量試験で求めた電池容量との比
率で評価した。またサイクル寿命試験は、２０℃で３０
０ｍＡで４時間充電後、１０００ｍＡ相当の定抵抗で９
０分放電するものであり、１サイクル目の電池電圧が
１．０Ｖとなるまでの時間を１００とし、その放電時間
が１サイクル目の６０％以下に劣化したときを寿命とし
てそのサイクル数で評価した。その結果を（表２）に示
す。

【００２３】

【表２】

【００２４】この（表２）から明らかなように本実施例
における電池Ａと電池Ｂは従来製法電池Ｄ、電池Ｅと比
較して高容量であり、かつ容量のバラツキも小さい。か
つ放電率およびサイクル寿命についても６００ｇ／ｍ²
の発泡メタルを使用した電池Ｅと同等の特性を示すこと
が分かった。電池Ａは、発泡メタルの厚さを所望とする
極板厚さの３．５倍、電極基板の厚さを所望とする極板
厚さの２．５倍としたものであり、電池Ｂは、発泡メタ
ルの厚さを所望の極板厚さの４倍、電極基板の厚さを同
３倍としたものである。電極基板の厚さは所望とする極
板の厚さの２倍以下であれば目標の充填量が得られない
ため高容量化が達成できず、３倍を越えれば充填量のバ
ラツキが大きくなった。このため電極基板の厚さは極板
厚さの２〜３倍にすることが好ましい。また図５には電
極基板の多孔度と予圧比との関係を示した。ここで予圧
比は発泡メタルの厚さと予圧後の電極基板の厚さとの比
である。実使用上発泡メタルの厚さは１．５ｍｍ以上で
あるが、面密度が２００〜４００ｇ／ｍ²の範囲では発
泡メタルの多孔度は９７％以上となる。電極基板の多孔
度は高容量を達成するために９４％以上にすることが好
ましいので、図５の予圧比は大きくとも２倍以下にしな
ければならない。

【００２５】なお、上記実施例においてはニッケル極に
ついて述べたが、水酸化ニッケルを主とするペーストの
代わりに酸化カドミウムを主とするペーストや水素吸蔵
合金を主とするペーストを用いて電極を製造した場合に
も、本発明による製造法により同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明は、面密度が２００
〜４００ｇ／ｍ²であり、かつ所望とする極板厚さの３
〜４倍の厚さを有する発泡メタルを前記所望の極板厚さ
の２〜３倍の厚さとなるように加圧して電極基板を形成
する第１の工程と、前記電極基板にペースト状活物質を
充填した後所望の極板厚さに加圧して極板を形成する第
２の工程とを実施することにより、従来の電極よりもさ
らに高容量であり、しかも従来のような高い面密度を有
する発泡メタルを用いた電極と同等の強度と放電特性と
サイクル寿命とを有する電池用電極を実現できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池Ａの極板の金属骨格形状を示す図

【図２】従来の電池Ｅの極板の金属骨格形状を示す図

【図３】発泡メタルの面密度と電極の充填容量密度との
関係を示す図

【図４】発泡メタルの面密度と電極基板の電気抵抗との
関係を示す図

【図５】電極基板の多孔度と予圧比との関係を示す図

【符号の説明】

１ 金属骨格 ２ 金属骨格

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連通孔を有する発泡メタルにペースト状活
   物質を充填後、加圧して極板を形成する電池用電極の製
   造法であって、前記発泡メタルは、面密度が２００〜４
   ００ｇ／ｍ²であり、かつ所望の極板厚さの３〜４倍の
   厚さを有し、これを所望とする極板厚さの２〜３倍の厚
   さとなるように加圧して電極基板を形成する第１の工程
   と、前記電極基板にペースト状活物質を充填した後、所
   望とする極板厚さに加圧して極板を形成する第２の工程
   とからなる電池用電極の製造法。