JPH097607A - 金属多孔体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルカリ２次電池など電極基板として有用な
金属多孔体の製造を目的とする。 【構成】 多孔性の樹脂芯体の骨格表面にバインダー樹
脂を塗着した後、樹脂が乾燥硬化する前に金属粉末と炭
素粉末からなる混合粉末を直接塗着し、電気Ｎｉメッキ
を行う方法並びに電気Ｎｉメッキの前に非酸化性雰囲気
において熱処理して有機樹脂成分を焼失させる方法であ
る。金属粉末としてはＮｉ，Ｆｅが良い。 【効果】 アルカリ２次電池などの電極基板として有用
な金属多孔体を煩雑な工程を経ることなく、所望の強度
特性を持ち並びに品質に優れたものとして得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主としてニッケル−カ
ドミウム電池、ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−水素電
池などのアルカリ２次電池などの電極基板に用いる金属
多孔体の製造法に関する。

【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、小形軽量化も可能などの理
由で小型電池は各種ポータブル機器用に、大型は産業用
として広く使われてきた。このアルカリ蓄電池におい
て、負極としてはカドミウムの他に亜鉛、鉄、水素など
が対象となっている。しかし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
ッケル極である。ポケット式から焼結式に代って特性が
向上し、さらに密閉化が可能になるとともに用途も広が
った。

【０００３】しかし通常の粉末焼結式では基板の気孔率
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、したがって電池としての高容量化
に限界がある。そこで９０％以上のような一層高気孔率
の基板として焼結基板に代えて発泡状基板や繊維状基板
が取り上げられ実用化されている。このような高気孔率
を有する金属多孔体基板の製造方法としては、特開昭５
７−１７４４８４号公報に開示されているメッキ法によ
るものと、特公昭３８−１７５５４号公報等に開示され
ている焼結法によるものがある。メッキ法ではウレタン
フォームなどの発泡樹脂の骨格表面にカーボン粉末等を
塗着することにより導電化処理を行い、その上に電気メ
ッキ法によりＮｉを電析させ、その後発泡樹脂及びカー
ボンを消失させ、金属多孔体を得るという方法である。
一方、焼結法ではスラリー化した金属粉末をウレタンフ
ォームなどの発泡樹脂の骨格表面に含浸塗布し、その後
加熱することにより金属粉末を焼結している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術に示した通り
金属多孔体を電池用極板として適用することにより、電
池の高容量化に果たした寄与は大きい。しかしながら、
特開昭５７−１７４４８４号公報のようなメッキ法によ
る金属多孔体の製造において、多孔性樹脂芯体に電気メ
ッキするための導電処理としてカーボン塗布を行う必要
があるが、これは製造工程において必要なだけで最終的
には焼失させるものであって金属多孔体としては不要の
ものである。従って、導電処理のためのカーボン塗布
は、製品としてのコスト上昇をまねくだけでなく、カー
ボン残留による品質面への影響も考えられることから、
その改善が望まれている。また、特公昭３８−１７５５
４号公報のような、焼結法による金属多孔体の製造にお
いては上記のような問題は無いが、金属粉末をスラリー
化して塗着する工程や、焼結工程などが煩雑な工程であ
り、所望の強度特性のものが得られにくく、また製造コ
ストも高くつく等の問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の問題点
を解決するため、金属多孔体の製造方法として、多孔性
の樹脂芯体の骨格表面にバインダー樹脂を塗着した後、
樹脂が乾燥硬化する前に金属粉末と炭素粉末からなる混
合粉末を直接塗着し、電気Ｎｉメッキを行う。

【０００６】本発明では従来メッキ法のカーボン導電処
理に変えて、金属粉末と炭素粉末からなる混合粉末によ
る導電処理を行う。本発明の金属粉末と炭素粉末からな
る混合粉末による導電処理方法においては、導電性を向
上させるため、バインダーを塗着した多孔性樹脂芯体上
に金属粉末を直接塗着する方法を用いる。

【０００７】ここで、多孔性樹脂芯体へのバインダー樹
脂の塗着方法としては、バインダー樹脂と水もしくは有
機溶剤等の希釈材を混合した液中に多孔性樹脂芯体を含
浸させ、その後ロール等により過剰に付着したものを除
去する等の方法や、多孔性樹脂芯体に上記の液をスプレ
ー等により吹き付けるなどの方法を用いることができ
る。また、金属粉末の直接塗着方法としては、多孔性樹
脂にエアーガン等により金属粉末を吹き付ける方法や金
属粉末中で多孔性樹脂芯体を揺動させる方法などを用い
ることができる。

【０００８】このように混合粉末を直接塗着させる方法
によると、従来用いられている、金属粉末とバインダー
樹脂とを混練させたスラリーによる塗着方法では、金属
粉末の周囲が樹脂成分で覆われるため粉末間の導電性が
悪くなるのに対して、バインダー樹脂が塗着された多孔
性樹脂芯体の表面に混合粉末を均一に覆うことができる
ため良好な導電性が得られる。さらにここで用いる金属
粉末は最終製品となる金属多孔体の主骨格部となりうる
ものであり、カーボン導電処理のようにその全てを焼失
させるものではない。

【０００９】また、金属粉末単体ではなく、炭素粉末と
の混合粉末を用いることにより、多孔性樹脂芯体への付
着形態として、金属粉末間に炭素粉末が挿入されること
により金属粉末間の隙間が埋められるため、金属単体の
場合に比べてより導電性の向上が可能となる。従って、
ここで用いる炭素粉末は、平均粒径として１０μｍ以下
の比較的微細な粉末を使用することが好ましく、より好
ましくは平均粒径５μｍ以下のものを用いる。また炭素
の種類としては天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック
等を用いることができる。さらに、炭素粉末を混合する
効果として、付着させる金属量を容易に制御できるとい
う作用がある。例えばＦｅ粉末平均粒径４０μｍ、天然
黒鉛粉末平均粒径５μｍの混合粉末の場合、図１に示す
ような関係となる。通常、本発明の金属多孔体はアルカ
リ電池等の電池電極基板として用いられるが、その場
合、金属多孔体の単位面積当たりの重量は、電池性能に
大きく影響を及ぼすことから、精度良く制御されている
ことが重要となる。しかしながら、金属粉末単体で上記
の方法により多孔性樹脂芯体に付着させた場合、金属粉
末の粒径サイズにより付着量はほぼ一義的に決定されて
しまうため、付着量を厳密に制御することはかなり困難
となる。そこで、本発明者らは、例えば図１に示す様
に、混合する炭素粉末の量により、多孔性樹脂芯体に塗
着されるＦｅ粉末の量を制御できることを見出したもの
である。

【００１０】次に電気ＮｉメッキによりＮｉ皮膜を形成
することで金属多孔体が得られる。また、好ましくは電
気Ｎｉメッキの後、非酸化性雰囲気において熱処理を行
うことで多孔性樹脂芯体及びバインダー樹脂等を除去す
ることもできる。

【００１１】また、本発明では、金属粉末と炭素粉末か
らなる混合粉末を直接塗着させた段階で、非酸化性雰囲
気において熱処理を行い、多孔性樹脂芯体及びバインダ
ー樹脂等の有機成分を焼失させ、その後電気Ｎｉメッキ
によりＮｉ皮膜を形成することで、金属多孔体を得る方
法も提供する。この方法ではＮｉ皮膜の形成前に有機成
分を除去することでＮｉメッキ後の熱処理が不要となる
ため、熱処理時の金属粉末とＮｉ金属の拡散による強度
低下もしくは導電率の低下等を回避することが可能とな
る。又、金属粉末同士の焼結が進行することから導電性
の向上も可能となる。

【００１２】また、金属粉末としては、好ましくはＮｉ
もしくはＦｅを用いる。Ｆｅ粉末を用いた場合は金属多
孔体としての強度の向上が可能となると同時に安価な粉
末が大量に入手できることによる。

【００１３】さらに、炭素粉末の量は金属粉末の２ｗｔ
％以下であることが好ましく、これは炭素量が２ｗｔ％
をこえると、最終的に得られる金属多孔体の電気抵抗が
大きくなるという問題があるためである。

【００１４】

【実施例】

実施例１ 厚さ２．５ｍｍで１インチ当りの空孔数が約５０個のポ
リウレタンフォームをアクリル樹脂６０ｗｔ％、水４０
ｗｔ％を混合したバインダー樹脂液中に含浸させた後絞
りロールにて過剰含浸塗着分を除去し、バインダーが塗
着された多孔性樹脂芯体を作製した。

【００１５】次に平均粒径５５μｍのＦｅ粉末と平均粒
径５μｍの天然黒鉛粉末を重量比（％）で９９．２：
０．８の割合で均一に混ぜ合わせた混合粉末を用意し
た。次にエアーガンにより上記多孔性樹脂芯体にこの混
合粉末を直接吹き付けを行い、大気中１５０℃で５分乾
燥させることで導電処理を行った。このときのＦｅ粉末
の塗着量は１８０ｇ／ｍ²で、電気抵抗は、幅１０ｍ
ｍ、長さ１００ｍｍで２５Ωであった。このサンプルを
Ａとする。

【００１６】比較例としてＦｅ粉末５０ｗｔ％、アクリ
ル樹脂１０ｗｔ％、水４０ｗｔ％のスラリー液を作製
し、このスラリー液中にポリウレタンフォームを含浸さ
せた後絞りロールにて過剰含浸塗着分を除去し、Ｆｅ粉
末が塗着された多孔性樹脂芯体を作製した。このときの
Ｆｅ粉末の塗着量は４００ｇ／ｍ²で、電気抵抗は幅１
０ｍｍ、長さ１００ｍｍで２５０ｋΩであった。このサ
ンプルをＢとする。サンプルＡ，Ｂについて電気Ｎｉメ
ッキ用ワット浴中で電流密度１０Ａ／ｄｍ²でＮｉメッ
キを実施した。サンプルＡでは全面均一にメッキ皮膜が
形成され、２００ｇ／ｍ²のＮｉがメッキされていた。
Ｎｉメッキ後のサンプルを水素気流中、１０００℃、５
分で熱処理を行い金属多孔体を得た。このサンプルをＣ
とする。一方サンプルＢでは電気抵抗が高いため電極接
続部のみにＮｉがメッキされており均一なＮｉメッキ皮
膜が得られなかった。

【００１７】実施例２ 厚さ２．０ｍｍで１インチ当りの空孔数が約４０個のポ
リウレタンフォームをフェノール樹脂６０ｗｔ％、水４
０ｗｔ％を混合したバインダー樹脂液をスプレー塗布
し、バインダーが塗着された多孔性樹脂芯体を作製し
た。次に平均粒径６μｍのＮｉ粉末と平均粒径１μｍの
人造黒鉛粉末を重量比（％）で９９．４：０．６の割合
で均一に混ぜ合わせた混合粉末を用意した。次にこの混
合粉末中で上記多孔性樹脂芯体を揺動させて、Ｎｉ粉末
の塗着を行った後、大気中１５０℃にて１０分乾燥させ
た。このときのＮｉ粉末の塗着量は２５０ｇ／ｍ²で、
電気抵抗は幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍで２５Ωであっ
た。このサンプルについて電気Ｎｉメッキ用ワット浴中
で電流密度１０Ａ／ｄｍ²でＮｉメッキを実施し、３５
０ｇ／ｍ²のＮｉ皮膜を形成した。大気中７００℃、５
分の熱処理をした後、さらに水素気流中１０００℃、５
分の熱処理を行い金属多孔体を得た。この金属多孔体を
サンプルＤとする。

【００１８】実施例３ 厚さ２．５ｍｍで１インチ当りの空孔数が約５０個のポ
リウレタンフォームをフェノール樹脂６０ｗｔ％、水４
０ｗｔ％を混合したバインダー樹脂液中に含浸させた後
絞りロールにて過剰含浸塗着分を除去し、バインダーが
塗着された多孔性樹脂芯体を作製した。

【００１９】次に平均粒径７０μｍのＦｅ粉末と平均粒
径５μｍの天然黒鉛粉末を重量比（％）で９８．６：
１．４の割合で均一に混ぜ合わせた混合粉末中で上記多
孔性樹脂芯体を揺動させた後、大気中１５０℃、５分の
条件で乾燥させ、３００ｇ／ｍ²のＦｅ粉末の塗着を行
った。次いで水素気流中１２００℃、１０分の熱処理を
行いウレタンフォーム及びフェノールバインダー樹脂を
焼失させた後、電気Ｎｉメッキ用ワット浴中で電流密度
１０Ａ／ｄｍ²でＮｉメッキを実施し、３００ｇ／ｍ²の
Ｎｉ皮膜を形成した。このサンプルをＥとする。

【００２０】実施例４ 金属多孔体サンプルＣ，Ｄ，Ｅについて、引張り強度、
伸び、電気抵抗を測定した結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１の結果より本発明の作製方法によれば
良好な特性を示す金属多孔体が得られる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、アルカリ２次電池など
の電極基板として有用な金属多孔体を煩雑な工程を経る
ことなく、所望の強度特性を持ち並びに品質に優れたも
のとして得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カーボン粉末量と鉄粉の付着量との関係を示す
グラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔性の樹脂芯体の骨格表面にバインダ
   ー樹脂を塗着した後、樹脂が乾燥硬化する前に金属粉末
   と炭素粉末からなる混合粉末を直接塗着し、電気Ｎｉメ
   ッキを行うことを特徴とする金属多孔体の製造方法。
2. 【請求項２】 多孔性の樹脂芯体の骨格表面にバインダ
   ー樹脂を塗着した後、樹脂が乾燥硬化する前に金属粉末
   と炭素粉末からなる混合粉末を直接塗着し、非酸化性雰
   囲気において熱処理を行うことで有機樹脂成分を焼失さ
   せ、ついで電気Ｎｉメッキを行うことを特徴とする金属
   多孔体の製造方法。
3. 【請求項３】 金属粉末がＮｉ，Ｆｅであることを特徴
   とする請求項１，２記載の金属多孔体の製造方法。