JPH0992292A - 金属多孔体の製造方法 - Google Patents

金属多孔体の製造方法

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JPH0992292A
JPH0992292A JP7244724A JP24472495A JPH0992292A JP H0992292 A JPH0992292 A JP H0992292A JP 7244724 A JP7244724 A JP 7244724A JP 24472495 A JP24472495 A JP 24472495A JP H0992292 A JPH0992292 A JP H0992292A
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JP
Japan
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powder
metal
porous
resin
producing
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JP7244724A
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English (en)
Inventor
Keizo Harada
敬三 原田
Kenichi Watanabe
渡辺  賢一
Seisaku Yamanaka
正策 山中
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

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  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼結性、強度特性などに優れたFe基材
金属多孔体を製造する方法を提供すること。 【解決手段】 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Fe粉末
と、該Fe粉末の平均粒径より小さい第2の金属粉末お
よび/または金属酸化物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を特徴
とする金属多孔体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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
鉛畜電池とアルカリ畜電池がある。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わって特性
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
塗着する事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、その後発泡樹脂を及びカー
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
加熱する事により金属粉末を焼結している。
【0004】
【発明が解決しょうとしている課題】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−
17554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
な工程であることや、所望の特性のものが得られにく
い。また製造コストも高くつく等の問題があった。ま
た、特開平7−6765公報では、三次元網目構造体の
骨格表面に粘着性を付与した後金属粉体を被着させ、金
属粉末を焼結させることにより金属多孔体を得る方法を
提案している。しかしながらこの方法そのままでは、焼
結性の悪いFeを多孔体形状において緻密に焼結するこ
とは困難であり、また金属粉末の付着量を厳密に制御す
ることも困難である。本発明は、以上の問題点を解決す
るため、焼結法による金属多孔体の製造方法において、
簡易な工程でかつ所望の電気的特性及び強度特性等を得
るための新規な方法を提案するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討し
た結果、Fe粉末とFe粉末より粒径の小さい第2の粉
末とを併用することにより、Feを緻密に焼結すること
ができ、またFeの樹脂芯体への付着量を制御すること
ができることを見出し、本発明に至った。すなわち、本
発明の金属多孔体の製造方法は、(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Fe粉末と、該Fe粉末の平均粒径より
小さい第2の金属粉末および/または金属酸化物粉末か
らなる混合粉末を直接塗着し、非酸化性雰囲気において
熱処理を行うことを特徴とする金属多孔体の製造方法、
(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Fe粉末と、Fe
粉末の平均粒径より小さい第2の金属粉末および/また
は金属酸化物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い、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、に関
する。
【0006】本発明に使用する多孔性樹脂芯体として
は、樹脂発泡体、樹脂不織布、樹脂フェルト、樹脂メッ
シュ体などが挙げられる。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
の混合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、Fe粉末及び第二の金属粉末
からなる混合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混合粉末を吹き付ける方法や混合
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。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に比べ製
造工程が非常に簡略となる。本発明に使用するFe粉末
の粒径は、5〜100μmが好ましい。
【0007】ここで、第2の金属粉末として、Fe,
P,Ge,Si,Ti,Ni単体もしくは2種以上を含
む合金粉末を用いることが好ましい。また、第2の金属
酸化物粉末としては、Fe,P,Ge,Si,Ti,N
iの少なくとも1種以上を含む酸化物であることが好ま
しい。これらの第2の粉末は、前記のFe粉末よりも粒
径が小さく、その粒径は0.5〜40μmが好ましい。
また、第2の粉末の粒径はFe粉末の粒径の1/2〜1
/200であることが好ましく、重量比でFe:第2粉
末=99.8:0.2〜0.2:99.8が好ましい。
これらの第2の金属粉末もしくは金属酸化物粉末及びそ
れらの混合粉末を用いることにより、多孔性樹脂上に図
1に示す様にFe粉末の空隙中を第二の粉末が埋めつく
すように塗着されることにより、粉末同士の接触面積
が増大するため焼結性が向上する、さらにP,Ge,S
i,Ti,Niあるいはそれらの酸化物は焼結助剤とし
ての作用効果により焼結性の向上に寄与する、第2の
金属粉末の添加量を調整することにより、Feの付着量
を制御することが可能となる。
【0008】本発明の形態のように常圧でFe粉末の焼
結を行う際には、高温かつ長時間を要する焼結工程が、
本発明の方法によれば低温化及び短時間での焼結を可能
とし、焼結コストの低減に大きく寄与できる。さらに、
多孔体骨格部において極めて緻密な焼結体が得られるた
め、低電気抵抗及び優れた強度特性のものが得られる。
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、Fe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、Fe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、Fe粉末とFe粉末よりも平均粒径の小さい
第二の金属粉末の混合粉末を多孔性樹脂芯体に塗着した
場合、Fe粉末の付着量を制御できることを見いだした
ものである。すなわち、混合粉末中の第二の金属粉末粉
末の割合を調整することにより最終的に多孔性樹脂芯体
に付着するFeの量を調整することが可能となる。即
ち、第2の粉末の混合比を小さくすることによりFeの
付着量を多くすれば、得られる金属多孔体は気孔率の小
さい金属多孔体となり、また第2の粉末の混合比を大き
くすることによりFeの付着量を少なくすれば得られる
金属多孔体は気孔率の大きい金属多孔体となる。
【0009】次いで、こうして得られた混合粉末を塗着
した多孔性樹脂芯体を非酸化性雰囲気において熱処理を
行い、金属を焼結するとともに樹脂分を除去して金属多
孔体を得ることができる。前記の熱処理は900〜13
50℃が好ましい。900℃以下では十分な燒結ができ
ず、1350℃を越えると多孔体構造が維持できなくな
る。
【0010】また、本発明においては別の態様として、
上記の方法により得られる金属多孔体に、さらに電気N
iメッキによりNi皮膜を形成することで、特にアルカ
リ二次電池中における強アルカリ溶液中での強固な耐食
性を持った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、Ni皮膜の密着性の向上及びメッキによる残
留応力を緩和することが可能となる。ここで、熱処理温
度は600℃以下であることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施例1 厚さ2.5mmで1インチ当たりの空孔数が約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。次に、平均粒径
80μmのFe粉末と平均粒径1μmのFe2O3粉末を
重量比(%)で95:5の割合で均一に混ぜ合わせた混
合粉末を用意した。
【0012】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分乾燥させた。次に、水素気流中で1250℃,
10分の熱処理を行うことにより焼結を行い、Fe多孔
体を作製した。また、比較例として、上記と同一手順に
おいて平均粒径80μmのFe粉末のみを用いたFe多
孔体も作製した。これらのFe多孔体の特性を評価した
結果を表1に示すように、本発明によるFe多孔体は優
れた特性を示すことが分かる。
【0013】
【表1】
【0014】実施例2 厚さ2.0mmで1インチ当たりの空孔数が約40個の
ポリウレタンフォームにフェノール樹脂60wt%、水
40wt%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、表2に示す各種の金属混合粉末中で、多孔性
樹脂芯体を揺動させて、金属粉末の塗着を行った後大気
中150℃にて10分乾燥させた。次に水素気流中12
50℃,10分の熱処理を行い金属多孔体を得た。
【0015】
【表2】
【0016】得られた金属多孔体について、特性を評価
した結果を表3に示す。
【0017】
【表3】
【0018】実施例3 実施例2のサンプル9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、
100g/m2のNi皮膜を形成した。また、Niメッ
キ後550℃で5分間、N2雰囲気中で熱処理を行っ
た。このサンプルの特性を表4に示す。
【0019】
【表4】
【0020】次にこのサンプルを、比重1.3のKOH
水溶液中での耐食性を調べるため、サイクリックボルタ
ンメトリー測定を行った。測定条件は下記のとおりであ
る。
【0021】 作用極 :本サンプル 対極 :Ni板 参照極 :Hg/HgO 掃引電位 :0V(スタート)→−1.0V→0.5V 0.5V〜−1.0V(1000サイクル) 掃引速度 :10mV/sec 測定の結果、0.5V付近での酸素発生ピークを除き、
ほとんど酸化・還元による電流ピークは見られず、強ア
ルカリ液中で極めて安定であることが実証された。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によれば焼結工程の低温化および短時間化が可能となり
生産コストの低減に寄与することができる。また、焼結
性が向上し緻密な焼結体からなる金属多孔体を形成する
ことができる。そしてこの金属多孔体は電気抵抗が低
く、強度特性も優れており、電気用電極基板として好適
である。さらにNiめっきを施した金属多孔体は強アル
カリ液中で安定であり、とくにアルカリ2次電池用電極
として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において多孔性樹脂芯体にFe粉末およ
び第2の粉末が付着される状態を模式的に説明する図。

Claims (4)

    【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Fe粉末
    と、該Fe粉末の平均粒径より小さい第2の金属粉末お
    よび/または金属酸化物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Fe粉末
    と、Fe粉末の平均粒径より小さい第2の金属粉末およ
    び/または金属酸化物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い、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】 第2の金属粉末がFe,P,Ge,S
    i,Ti,Ni単体もしくは2種以上を含む合金粉末及
    であることを特徴とする請求項1または2記載の金属多
    孔体の製造方法。
  4. 【請求項4】 第2の金属酸化物粉末がFe,P,G
    e,Si,Ti,Niの少なくとも1種以上を含む酸化
    物であることを特徴とする請求項1または2記載の金属
    多孔体の製造方法。
JP7244724A 1995-09-22 1995-09-22 金属多孔体の製造方法 Pending JPH0992292A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5888658A (en) * 1995-09-28 1999-03-30 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Battery electrode substrate and process for producing the same
CN100395057C (zh) * 2005-03-05 2008-06-18 富准精密工业(深圳)有限公司 多孔结构的制造方法

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US5888658A (en) * 1995-09-28 1999-03-30 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Battery electrode substrate and process for producing the same
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