JPH08315829A - 電池用電極基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多孔性芯材を用いた電池用電極の放電特性を
向上させる。 【構成】 多孔性樹脂の芯体骨格に、とくに酸処理した
ニッケル粉末と樹脂のディスパージョン結着剤からなる
ペーストを被覆し、樹脂の融点以下で乾燥した後電解ニ
ッケルメッキし、加熱して三次元網目状ニッケルとした
電極基板を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ニッケル−カドミウム
蓄電池、ニッケル−亜鉛蓄電池、ニッケル−水素蓄電池
などのアルカリ蓄電池に好適な電極基板とその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の電源として使われる蓄電池として
鉛蓄電池とアルカリ蓄電池がある。このうちアルカリ蓄
電池は高信頼性が期待でき小型軽量化も可能などの理由
で、小型蓄電池は各種ポータブル機器用に、大型蓄電池
は産業用として広く使われている。

【０００３】このアルカリ蓄電池において、負極として
はカドミウム極の他に、水素極が実用化している。正極
としては一部空気極や酸化銀極なども取り上げられてい
るが、ほとんどの場合ニッケル極であり、製造方法がポ
ケット式から焼結式に代って特性が向上した。さらに蓄
電池の密閉化が可能になるとともに用途も広がった。小
型軽量化の進む機器側からの要望に、蓄電池の高容量化
がある。蓄電池の容量は活物質の充填量に大きく依存す
るが、焼結基板では多孔度を８５％以上にすると強度が
大幅に低下するので活物質の充填に限界があり、高容量
化に限界がある。そこで９３％以上のような高多孔度の
基板として焼結基板に代えて発泡状や繊維状などの多孔
体基板が取り上げられ実用化されている。これらは発泡
樹脂、フェルト、不織布および織布などの多孔性樹脂芯
体の表面に導電性の下地を形成後電解ニッケルメッキ
し、樹脂の分解とニッケル骨格の焼鈍のために不活性雰
囲気中で加熱して得られる。例えばこの支持体に水酸化
ニッケルを主とする活物質を充填して得られた三次元網
目状ニッケル極は、高容量のニッケル−カドミウム蓄電
池とその後に実用化されたニッケル−水素蓄電池の主力
になっている。

【０００４】現在広く行われているパンチングメタルの
ような芯材に金属粉末を充填あるいは金属ペーストを塗
布し焼結により金属多孔体基板を得る焼結式では基板の
多孔度を８５％以上にすると強度が大幅に低下するので
活物質の充填に限界があり、したがって高容量化に限界
がある。

【０００５】そこで９３％以上のような高多孔度の基板
として発泡状や繊維状の多孔体が使われ、これを用いて
ニッケル極や水素吸蔵合金極が得られている。これは多
孔性樹脂の芯体表面に導電性の下地を形成後電解ニッケ
ルメッキし、樹脂の分解とニッケル骨格の焼鈍のために
不活性雰囲気中で加熱して得られる基板を使用するもの
で、この支持体に水酸化ニッケルや水素吸蔵合金を主と
する活物質を充填して三次元網目状電極とするものであ
る。

【０００６】また、多孔性樹脂の芯体骨格に電解ニッケ
ルメッキのための導電性の下地を形成する手段として、
特開昭５７−１７４４８４に記載の粉末の塗着による炭
素層やニッケル層の形成や特開昭６１−７６６８６に記
載の蒸着によるニッケル層の形成などが提案され実施さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし炭素粉末と結着
剤による炭素層の形成は、炭素粉末として黒鉛を選んで
もやや嵩高いために高多孔度で強度をあげるためには限
度がある。またニッケル粉末と結着剤による層の場合は
均一なニッケルメッキ層を得るのは難しい。また蒸着に
よるニッケル層の形成は、大量生産時での迅速性と精度
の向上に限界がありコスト高になる。

【０００８】本発明は上記課題を解決し、放電特性の優
れた電池用電極基板とその製造方法を提供するものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は多孔性樹脂
の芯体骨格に市販のニッケル粉末をそのまま結着剤とと
もに塗着し、これに電解ニッケルメッキを行っても均一
にメッキできない原因について鋭意検討した結果、ニッ
ケル粉末と結着剤とによる層の導電性に問題があるとの
結論に至った。詳しくはニッケル粉末の表面酸化層とニ
ッケル粉末表面への不純物の付着、さらには溶液状結着
剤がニッケル粉末の表面を被覆していることがニッケル
粉末と結着剤による層の導電性低下の原因であることを
究明し、本発明に至った。

【００１０】すなわち、本発明は、 （１）多孔性樹脂芯体の骨格に、酸処理したニッケル粉
末と結着剤とを主成分としたペーストを被覆し、次いで
電解ニッケルメッキし、さらに非酸化性雰囲気中で加熱
して三次元網目状ニッケル多孔体とする電池用電極基板
の製造方法。

【００１１】（２）多孔性樹脂芯体の骨格に、ニッケル
粉末と樹脂のディスパージョン結着剤からなるペースト
を被覆し、樹脂の融点以下で乾燥した後電解ニッケルメ
ッキし、さらに非酸化性雰囲気中で加熱して三次元網目
状ニッケル多孔体とする電池用電極基板の製造方法。

【００１２】（３）多孔性樹脂芯体の骨格に、酸処理し
たニッケル粉末と樹脂のディスパージョン結着剤からな
るペーストを被覆し、樹脂の融点以下で乾燥した後電解
ニッケルメッキし、さらに非酸化性雰囲気中で加熱して
三次元網目状ニッケル多孔体とする電池用電極基板の製
造方法。

【００１３】（４）前記（１）〜（３）のいずれか一つ
に記載の製造方法により得られた電池用電極基板。

【００１４】本発明の上記酸処理において使用される酸
としては、例えば塩酸、硝酸、硫酸、酢酸などを挙げる
ことができ、特に制限はない。

【００１５】また、本発明に使用する樹脂のディスパー
ジョン結着剤は、樹脂を水などの分散媒体に固形分濃度
が例えば３０〜６０重量％となるように分散したもので
ある。この樹脂としては、特に制限はないが、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、
フッ素樹脂などが好ましい。

【００１６】本発明において最も好ましい態様は、酸処
理したニッケル粉末と樹脂のディスパージョン結着剤か
らなるペーストを使用する上記（３）である。

【００１７】本発明の電池用電極基板は、上記いずれの
場合も電極とするために、この基板に活物質が充填され
る。これはすでに公知の方法で行うことができ、たとえ
ばニッケル極の場合は水酸化ニッケルに導電剤と結着剤
を加えてペーストとしこれを充填する。水素吸蔵合金極
の場合はこの粉末と結着剤を用いて充填すればよい。

【００１８】

【作用】多孔性樹脂の芯体骨格に電解ニッケルメッキの
ための導電性下地を作るために、市販のニッケル粉末を
そのまま結着剤とともに塗着し、これにニッケル電解メ
ッキを行っても、均一にメッキできない。その原因とし
て、すでに述べたように、このニッケル粉末と結着剤に
よる層の導電性に問題がある。その理由としてニッケル
粉末の表面が酸化されていたり、不純物が付着している
ことがあげられる。また用いる溶液状の結着剤を用いる
と結着剤の樹脂がニッケル粉末の表面を被覆してしま
う。この両者の理由で後の電解メッキがスムーズに行わ
れない。

【００１９】そこで市販のニッケル粉末を塩酸、硝酸、
硫酸、酢酸など公知の酸で処理して粉末の表面の酸化物
や不純物を除去する。このことでニッケル粉末層の導電
性が得られる。また結着剤樹脂として溶媒に完全に溶解
した溶液を用いる代りに樹脂のディスパージョンを用
い、樹脂の融点以下で乾燥することで樹脂によるニッケ
ル粉末表面の被覆を制御する。このことでもニッケル粉
末層の導電性の低下を抑制できる。したがってこれらの
処理の併用がニッケル粉末層の導電性の発揮に最も効果
的であり、電解メッキを効率よく均一に進めることがで
きる。

【００２０】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。

【００２１】市販の見かけ比重１．２ｇ／ｃｃニッケル
粉末を４０℃の１規定硝酸に５分間浸漬する。水洗後こ
れにポリエチレンディスパージョン（固形分濃度４０重
量％の水分散物）を樹脂分が３重量％になるように加え
る。これを厚さ１．４ｍｍ、多孔度９６％、平均孔径
０．２５ｍｍのポリウレタン発泡体に含浸する。ローラ
を通して発泡体に付着している以外のペーストを除き、
９５℃で乾燥する。これをニッケルメッキ用ワット浴中
で７０℃で電流密度１５０ｍＡ／ｍ²で層厚３０μｍニ
ッケルメッキする。この電極基板をＡとする。

【００２２】またＡと同様の酸処理は行うが、結着剤と
してポリビニルアルコール水溶液を用いて樹脂分が３重
量％になるように加えた場合をＢとした。層厚３０μｍ
をニッケルメッキするための電流効率がＡよりも１０％
低下したが均一なメッキが可能であった。

【００２３】また結着剤はＡと同じにして酸処理を省略
した場合をＣとした。この場合はさらにメッキが困難で
あり、電流効率がＡよりも２５％低下したが均一なメッ
キが可能であった。

【００２４】これら本発明に対して比較のために酸処理
を省略し、しかも溶液状の結着剤を用いた場合は均一な
メッキは不可能であった。

【００２５】そこで比較の例としてニッケル粉末の代り
に従来の黒鉛粉末のポリビニルアルコール結着剤による
層を形成後電解ニッケルメッキした場合をＤとして加え
た。Ａ〜ＣそれとＤのいずれの場合もメッキ後結着剤と
ポリウレタン発泡体の分解除去のために７００℃で燃焼
させ、ついでニッケルの焼鈍のために９５０℃で３０分
間水素中で加熱する。Ａ〜Ｃ発泡状のニッケルの平均厚
さは１．２１ｍｍ、多孔度は９６％、平均孔径は２３０
μｍであった。

【００２６】上記のようにして作成した電極基板Ａ〜Ｃ
を支持体として用いたニッケル極の実施例と比較例のＤ
を加えて詳述する。市販の水酸化ニッケル粉末７８重量
部、酸化コバルト粉末７重量部、ニッケル粉末３重量
部、これにカルボキシメチルセルロースの２重量％の水
溶液をこの樹脂が水酸化ニッケルに対して３．５部にな
るように加えて電極活物質のペーストを作成する。この
ペーストをＡ〜Ｄのニッケル多孔体に充填する。表面を
平滑化し、その後１２０℃で１時間乾燥した。得られた
電極はプレス機により厚さ０．７３ｍｍに調整した。

【００２７】このようにして得られたニッケル極を幅３
３ｍｍ、長さ１８０ｍｍに裁断し、リード板をスポット
溶接により取り付けた。相手極として公知のペースト式
ＭｍＮｉ₅系水素吸蔵合金極、親水処理ポリプロピレン
不織布セパレータを用いて密閉形ニッケル−水素電池を
構成した。電解液として比重１．２７の苛性カリ水溶液
に２５ｇ／ｌの水酸化リチウムを溶解して用いた。電池
はＳｕｂＣ型とした。各電池の出力特性として放電電流
１Ａと８Ａの際の放電電圧と容量を表１に示す。また、
耐久特性として６時間の過充電（５時間率で容量の１２
０％定電流充電）を行い、１．０Ａで放電することを１
サイクルとし、放電下限電圧０．９Ｖに達するまでのサ
イクル数を同じく表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】この結果から明らかなように、比較例Ｄに
比べ、実施例Ａ〜Ｃは寿命に差がないが、緩放電、急放
電特性ともに特に容量の点では有意な向上が認められ本
発明の電極基板が優れていることがわかる。特に酸処理
したニッケル粉末と樹脂のディスパージョンにより作製
した電極基板からなる蓄電池Ａが優れていることがわか
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電極基板
を使用した電極により緩放電、急放電特性とも優れたア
ルカリ蓄電池を得ることができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔性樹脂芯体の骨格に、酸処理したニ
   ッケル粉末と結着剤とを主成分としたペーストを被覆
   し、次いで電解ニッケルメッキし、さらに非酸化性雰囲
   気中で加熱して三次元網目状ニッケル多孔体とすること
   を特徴とする電池用電極基板の製造方法。
2. 【請求項２】 多孔性樹脂芯体の骨格に、ニッケル粉末
   と樹脂のディスパージョン結着剤からなるペーストを被
   覆し、樹脂の融点以下で乾燥した後電解ニッケルメッキ
   し、さらに非酸化性雰囲気中で加熱して三次元網目状ニ
   ッケル多孔体とすることを特徴とする電池用電極基板の
   製造方法。
3. 【請求項３】 多孔性樹脂芯体の骨格に、酸処理したニ
   ッケル粉末と樹脂のディスパージョン結着剤からなるペ
   ーストを被覆し、樹脂の融点以下で乾燥した後電解ニッ
   ケルメッキし、さらに非酸化性雰囲気中で加熱して三次
   元網目状ニッケル多孔体とすることを特徴とする電池用
   電極基板の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一つに記載の製
   造方法により得られた電池用電極基板。