JPH10199519A - ニッケル電極及びその製造方法 - Google Patents
ニッケル電極及びその製造方法Info
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- JPH10199519A JPH10199519A JP9000996A JP99697A JPH10199519A JP H10199519 A JPH10199519 A JP H10199519A JP 9000996 A JP9000996 A JP 9000996A JP 99697 A JP99697 A JP 99697A JP H10199519 A JPH10199519 A JP H10199519A
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 添加するコバルト化合物の粒径を水酸化ニッ
ケル粒子の粒径の少なくとも１０分の１以下とすること
で電極中での均一最密充填を図り、同時に添加量を削減
して、高エネルギー密度化及び電池コスト削減を達成す
ることを目的とする。 【構成】 水酸化ニッケル粉末に、アルカリ電解液に溶
解して２価のコバルト錯イオンを生成するコバルト化合
物粉末を添加した活物質を耐アルカリ性金属多孔体に充
填してなるニッケル電極において、該コバルト化合物粉
末の粒径を水酸化ニッケル粉末の粒径の１０分の１以下
としたニッケル電極とすることで、上記目的を達成でき
る。
ケル粒子の粒径の少なくとも１０分の１以下とすること
で電極中での均一最密充填を図り、同時に添加量を削減
して、高エネルギー密度化及び電池コスト削減を達成す
ることを目的とする。 【構成】 水酸化ニッケル粉末に、アルカリ電解液に溶
解して２価のコバルト錯イオンを生成するコバルト化合
物粉末を添加した活物質を耐アルカリ性金属多孔体に充
填してなるニッケル電極において、該コバルト化合物粉
末の粒径を水酸化ニッケル粉末の粒径の１０分の１以下
としたニッケル電極とすることで、上記目的を達成でき
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はニッケル電極及びそ
の製造方法に関するものである。
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ポータブルエレクトロニクス機器
の小型軽量化に伴い、その電源である電池にも高エネル
ギー密度化が望まれている。従来のアルカリ電池のニッ
ケル電極は、焼結式電極と呼ばれているものであり、ニ
ッケル粉末を穿孔鋼板などの芯金に焼結させた多孔基板
に硝酸ニッケル塩溶液を含浸した後、アルカリ水溶液中
で水酸化物にして充填する、いわゆる溶液含浸法で製造
するものである。しかし、そのニッケル正極のエネルギ
ー密度は約400mAh/cc が限界であった。また、焼結式電
極は必要容量を確保するために、煩雑な活物質の充填工
程を何度も繰り返す必要があり、長時間を要し、製造コ
ストが高いという問題があった。
の小型軽量化に伴い、その電源である電池にも高エネル
ギー密度化が望まれている。従来のアルカリ電池のニッ
ケル電極は、焼結式電極と呼ばれているものであり、ニ
ッケル粉末を穿孔鋼板などの芯金に焼結させた多孔基板
に硝酸ニッケル塩溶液を含浸した後、アルカリ水溶液中
で水酸化物にして充填する、いわゆる溶液含浸法で製造
するものである。しかし、そのニッケル正極のエネルギ
ー密度は約400mAh/cc が限界であった。また、焼結式電
極は必要容量を確保するために、煩雑な活物質の充填工
程を何度も繰り返す必要があり、長時間を要し、製造コ
ストが高いという問題があった。
【０００３】一方、現在では、高容量化を目的として、
従来低密度であった水酸化ニッケル粉末粒子の内部細孔
の成長を制御して高密度化し、電極への高密度充填を図
ったペースト式電極が主流になりつつある。ペースト式
電極は焼結式電極よりも高多孔度な耐アルカリ性金属基
板に、水酸化ニッケル粉末を水等でペースト状となした
ものを直接充填するものである。このペースト式電極に
おいては、活物質充填量を確保するため基板の充填スペ
ースを大きくしている。そのためペースト式電極は、焼
結式電極の基板よりも活物質に対する集電性が乏しいの
で、導電性を付与する添加剤として、例えば金属コバル
ト、コバルト化合物などが不可欠であった。
従来低密度であった水酸化ニッケル粉末粒子の内部細孔
の成長を制御して高密度化し、電極への高密度充填を図
ったペースト式電極が主流になりつつある。ペースト式
電極は焼結式電極よりも高多孔度な耐アルカリ性金属基
板に、水酸化ニッケル粉末を水等でペースト状となした
ものを直接充填するものである。このペースト式電極に
おいては、活物質充填量を確保するため基板の充填スペ
ースを大きくしている。そのためペースト式電極は、焼
結式電極の基板よりも活物質に対する集電性が乏しいの
で、導電性を付与する添加剤として、例えば金属コバル
ト、コバルト化合物などが不可欠であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ここで、コバルト化合
物は初充電時に不可逆な反応により安定なＣｏＯＯＨへ
と変化し、このＣｏＯＯＨにより水酸化ニッケル粒子間
の導通が達成される。しかしながら金属コバルト粉末は
ＣｏＯＯＨへの変化時に Ｃｏ → ＣｏＯＯＨ ＋ ３ｅ- と３電子反応であるため電気量が多く必要となり、正
極、負極の容量バランスが崩れてしまい、電池寿命が短
くなるなどの問題があった。そこで、金属コバルトに代
えて、下記の如く反応電子数が少ない２価のコバルトイ
オンを形成するコバルト化合物の添加、特にアルカリへ
の溶解度が他と比べ高いＣｏＯの添加が有効であること
を、例えば特公平７−７７１２９号などで提案してき
た。
物は初充電時に不可逆な反応により安定なＣｏＯＯＨへ
と変化し、このＣｏＯＯＨにより水酸化ニッケル粒子間
の導通が達成される。しかしながら金属コバルト粉末は
ＣｏＯＯＨへの変化時に Ｃｏ → ＣｏＯＯＨ ＋ ３ｅ- と３電子反応であるため電気量が多く必要となり、正
極、負極の容量バランスが崩れてしまい、電池寿命が短
くなるなどの問題があった。そこで、金属コバルトに代
えて、下記の如く反応電子数が少ない２価のコバルトイ
オンを形成するコバルト化合物の添加、特にアルカリへ
の溶解度が他と比べ高いＣｏＯの添加が有効であること
を、例えば特公平７−７７１２９号などで提案してき
た。
【０００５】Ｃｏ2+イオン → ＣｏＯＯＨ ＋ ｅ- 近年開発実用化されてきているニッケル水素化物電池や
ニッケルカドミウム電池の高エネルギー密度化にはＣｏ
Ｏ添加は不可欠である。ところで水酸化ニッケル粉末粒
子の内部細孔成長を制御した高密度水酸化ニッケル粉末
は、従来の不定形であった低密度水酸化ニッケルと異な
り、粒子形態が球状に発達している。このため粉末の充
填性は不定形水酸化ニッケルを使用した場合に比較して
良好ではあるものの、形態が球状であるため最密度に充
填したとしてもある程度の充填隙間が生じてしまう。従
って、十分な正極利用率を確保するには活物質全体に対
し８〜１２ｗｔ％ものＣｏＯ添加が必要であり、電池材
料コストを引き上げてしまったり、また活物質である水
酸化ニッケルの充填量そのものも制限されてしまうとい
った問題があった。
ニッケルカドミウム電池の高エネルギー密度化にはＣｏ
Ｏ添加は不可欠である。ところで水酸化ニッケル粉末粒
子の内部細孔成長を制御した高密度水酸化ニッケル粉末
は、従来の不定形であった低密度水酸化ニッケルと異な
り、粒子形態が球状に発達している。このため粉末の充
填性は不定形水酸化ニッケルを使用した場合に比較して
良好ではあるものの、形態が球状であるため最密度に充
填したとしてもある程度の充填隙間が生じてしまう。従
って、十分な正極利用率を確保するには活物質全体に対
し８〜１２ｗｔ％ものＣｏＯ添加が必要であり、電池材
料コストを引き上げてしまったり、また活物質である水
酸化ニッケルの充填量そのものも制限されてしまうとい
った問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の第１は、水酸化
ニッケル粉末に、アルカリ電解液に溶解して２価のコバ
ルト錯イオンを生成するコバルト化合物粉末を添加した
活物質を耐アルカリ性金属多孔体に充填してなるニッケ
ル電極において、該コバルト化合物粉末の粒径を水酸化
ニッケル粉末の粒径の１０分の１以下としたことを特徴
とするニッケル電極である。
ニッケル粉末に、アルカリ電解液に溶解して２価のコバ
ルト錯イオンを生成するコバルト化合物粉末を添加した
活物質を耐アルカリ性金属多孔体に充填してなるニッケ
ル電極において、該コバルト化合物粉末の粒径を水酸化
ニッケル粉末の粒径の１０分の１以下としたことを特徴
とするニッケル電極である。
【０００７】本発明の第２は、前記コバルト化合物が、
水酸化ニッケルに対し、金属Ｃｏ換算で２〜６ｗｔ％の
範囲で添加されていることを特徴とする請求項１記載の
ニッケル電極である。
水酸化ニッケルに対し、金属Ｃｏ換算で２〜６ｗｔ％の
範囲で添加されていることを特徴とする請求項１記載の
ニッケル電極である。
【０００８】本発明の第３は、水酸化ニッケル粉末に、
アルカリ電解液に溶解して２価のコバルト錯イオンを生
成するコバルト化合物粉末を添加した活物質を用いるニ
ッケル電極の製造方法において、該コバルト化合物粉末
の粒径を水酸化ニッケル粉末の粒径の１０分の１以下に
分級する工程１と、このコバルト化合物に水酸化ニッケ
ル粉末を加えて電池活物質ペーストとする工程２と、こ
のペーストを耐アルカリ性金属多孔体に充填する工程３
からなることを特徴とするニッケル電極の製造方法であ
る。
アルカリ電解液に溶解して２価のコバルト錯イオンを生
成するコバルト化合物粉末を添加した活物質を用いるニ
ッケル電極の製造方法において、該コバルト化合物粉末
の粒径を水酸化ニッケル粉末の粒径の１０分の１以下に
分級する工程１と、このコバルト化合物に水酸化ニッケ
ル粉末を加えて電池活物質ペーストとする工程２と、こ
のペーストを耐アルカリ性金属多孔体に充填する工程３
からなることを特徴とするニッケル電極の製造方法であ
る。
【０００９】
【作用】水酸化ニッケル粉末とコバルト化合物添加剤か
らなるニッケル電極は、化成前にアルカリ電解液中に浸
漬放置することで、コバルト化合物を２価の錯イオンと
して溶解させて電極中に均一分散させ、その後初回充電
時に安定なＣｏＯＯＨへと変化させ、活物質粒子間の導
電性をＣｏＯＯＨで確保する。
らなるニッケル電極は、化成前にアルカリ電解液中に浸
漬放置することで、コバルト化合物を２価の錯イオンと
して溶解させて電極中に均一分散させ、その後初回充電
時に安定なＣｏＯＯＨへと変化させ、活物質粒子間の導
電性をＣｏＯＯＨで確保する。
【００１０】しかしながら、コバルト化合物はアルカリ
に対する溶解度が低く、またＣｏＯＯＨは非常に緻密に
活物質を被ってしまうため、初回充電時にＣｏＯＯＨに
変化せず取り残されたコバルト化合物は、２価の錯イオ
ンとして活物質粒子間へ拡散できず、サイクルを繰り返
してもＣｏＯＯＨに変化することはない。このため十分
な活物質の有効利用をするために予め過剰量のコバルト
化合物を添加し、活物質粒子間へ十分に２価のコバルト
錯イオンを拡散させる必要があった。
に対する溶解度が低く、またＣｏＯＯＨは非常に緻密に
活物質を被ってしまうため、初回充電時にＣｏＯＯＨに
変化せず取り残されたコバルト化合物は、２価の錯イオ
ンとして活物質粒子間へ拡散できず、サイクルを繰り返
してもＣｏＯＯＨに変化することはない。このため十分
な活物質の有効利用をするために予め過剰量のコバルト
化合物を添加し、活物質粒子間へ十分に２価のコバルト
錯イオンを拡散させる必要があった。
【００１１】また、高密度化した水酸化ニッケル粉末は
球状形態であるため、高密度に充填するには限界があっ
た。
球状形態であるため、高密度に充填するには限界があっ
た。
【００１２】本発明は添加するコバルト化合物の粒径を
水酸化ニッケル粒子の粒径の少なくとも１０分の１以下
とすることで電極中での均一最密充填を図り、同時に添
加量を削減して、高エネルギー密度化及び電池コスト削
減を達成したものである。
水酸化ニッケル粒子の粒径の少なくとも１０分の１以下
とすることで電極中での均一最密充填を図り、同時に添
加量を削減して、高エネルギー密度化及び電池コスト削
減を達成したものである。
【００１３】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を説明する。市
販のＣｏＯを粒子径が0.1 〜0.5 μｍの範囲に湿式分級
したものに粒径が５〜50μｍの高密度水酸化ニッケル粉
末を５重量部対９５重量部の比率で混合してペースト状
となし、耐アルカリ性金属基板に充填して本発明ニッケ
ル電極を得た。一方、比較のためＣｏＯを湿式分級せず
にＣｏＯと高密度水酸化ニッケル粉末との比率が１０重
量部対９０重量部となるように混合したペーストを耐ア
ルカリ性金属基板に充填した比較電極１、及び同じく湿
式分級せずにＣｏＯと高密度水酸化ニッケル粉末との比
率が５重量部対９５重量部となるように混合したペース
トを耐アルカリ性金属基板に充填した比較電極２を作成
した。これらのニッケル電極を通常のカドミウム電極を
相手極として液過剰の開放型電池を作成し、充放電を行
った。その結果を表１に示す。
販のＣｏＯを粒子径が0.1 〜0.5 μｍの範囲に湿式分級
したものに粒径が５〜50μｍの高密度水酸化ニッケル粉
末を５重量部対９５重量部の比率で混合してペースト状
となし、耐アルカリ性金属基板に充填して本発明ニッケ
ル電極を得た。一方、比較のためＣｏＯを湿式分級せず
にＣｏＯと高密度水酸化ニッケル粉末との比率が１０重
量部対９０重量部となるように混合したペーストを耐ア
ルカリ性金属基板に充填した比較電極１、及び同じく湿
式分級せずにＣｏＯと高密度水酸化ニッケル粉末との比
率が５重量部対９５重量部となるように混合したペース
トを耐アルカリ性金属基板に充填した比較電極２を作成
した。これらのニッケル電極を通常のカドミウム電極を
相手極として液過剰の開放型電池を作成し、充放電を行
った。その結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】表１中で放電利用率は水酸化ニッケルの理
論容量を１グラム当たり290mAhとしたときの３サイクル
目の放電容量を理論容量で割ったものに100 をかけたも
のである。表１から明かなとおり、本発明ニッケル電極
はＣｏＯの添加量を１／２にしても十分な容量を得るこ
とができることがわかる。
論容量を１グラム当たり290mAhとしたときの３サイクル
目の放電容量を理論容量で割ったものに100 をかけたも
のである。表１から明かなとおり、本発明ニッケル電極
はＣｏＯの添加量を１／２にしても十分な容量を得るこ
とができることがわかる。
【００１６】また、上記充放電試験後の本発明電極と比
較電極２のＸ線回折図をそれぞれ図１、図２に示す。水
酸化ニッケルに対するＣｏＯの添加量が同一であるにも
かかわらず、図２の比較電極２ではＣｏＯの特徴的な回
折ピークが36.6度及び42.2度付近に観察されＣｏＯが残
存していることがわかる。これに対し、図１の本発明電
極ではＣｏＯの回折ピークが観測されず、ＣｏＯが完全
に溶解していることがわかる。
較電極２のＸ線回折図をそれぞれ図１、図２に示す。水
酸化ニッケルに対するＣｏＯの添加量が同一であるにも
かかわらず、図２の比較電極２ではＣｏＯの特徴的な回
折ピークが36.6度及び42.2度付近に観察されＣｏＯが残
存していることがわかる。これに対し、図１の本発明電
極ではＣｏＯの回折ピークが観測されず、ＣｏＯが完全
に溶解していることがわかる。
【００１７】図３は本発明電極のＣｏＯＯＨの導電性ネ
ットワーク形成を示した模式図である。本発明電極はＣ
ｏＯの粒径を水酸化ニッケルの粒径の１０分の１以下に
分級しているため、ＣｏＯの粒子が水酸化ニッケルの粒
子の高密度な充填の隙間に均一に分散していると考えら
れる。また、粒径が小さいため比表面積が大きくなり、
ＣｏＯの溶解が促進され、従来よりも少ない添加量で均
一な導電性ネットワークが形成されるものと思われる。
ットワーク形成を示した模式図である。本発明電極はＣ
ｏＯの粒径を水酸化ニッケルの粒径の１０分の１以下に
分級しているため、ＣｏＯの粒子が水酸化ニッケルの粒
子の高密度な充填の隙間に均一に分散していると考えら
れる。また、粒径が小さいため比表面積が大きくなり、
ＣｏＯの溶解が促進され、従来よりも少ない添加量で均
一な導電性ネットワークが形成されるものと思われる。
【００１８】図４は比較電極２のＣｏＯＯＨの導電性ネ
ットワーク形成を示した模式図である。比較電極２では
ＣｏＯ粒子が分級されていないため均一に分散せず、未
溶解部分が多く残り、導電性ネットワークの形成も不十
分になると考えられる。
ットワーク形成を示した模式図である。比較電極２では
ＣｏＯ粒子が分級されていないため均一に分散せず、未
溶解部分が多く残り、導電性ネットワークの形成も不十
分になると考えられる。
【００１９】以上の実施例では、ＣｏＯの場合のみにつ
いて説明したが、２価のコバルト錯イオンを生成する他
のコバルト化合物、例えばβ−Ｃｏ（ＯＨ）2 、α−Ｃ
ｏ（ＯＨ）2 を用いても類似の傾向を示した。
いて説明したが、２価のコバルト錯イオンを生成する他
のコバルト化合物、例えばβ−Ｃｏ（ＯＨ）2 、α−Ｃ
ｏ（ＯＨ）2 を用いても類似の傾向を示した。
【００２０】また、実施例においては湿式の分級装置を
使用したが他の乾式の装置を用いても同様の効果が得ら
れる。
使用したが他の乾式の装置を用いても同様の効果が得ら
れる。
【００２１】
【発明の効果】上記の様に、本発明では、添加するコバ
ルト化合物の粒径を水酸化ニッケル粒子の粒径の１０分
の１以下とすることで、極板中での均一最密充填を図
り、同時に添加量を削減した、より安価で高エネルギー
密度なアルカリ蓄電池用ニッケル極とこれを用いたアル
カリ蓄電池を提供することができるので、その工業的価
値は極めて大である。
ルト化合物の粒径を水酸化ニッケル粒子の粒径の１０分
の１以下とすることで、極板中での均一最密充填を図
り、同時に添加量を削減した、より安価で高エネルギー
密度なアルカリ蓄電池用ニッケル極とこれを用いたアル
カリ蓄電池を提供することができるので、その工業的価
値は極めて大である。
【図１】本発明電極のＸ線回折図である。
【図２】比較電極２のＸ線回折図である。
【図３】本発明電極のＣｏＯＯＨの導電性ネットワーク
形成を示した模式図である。
形成を示した模式図である。
【図４】比較電極２のＣｏＯＯＨの導電性ネットワーク
形成を示した模式図である。
形成を示した模式図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 水酸化ニッケル粉末に、アルカリ電解液
に溶解して２価のコバルト錯イオンを生成するコバルト
化合物粉末を添加した活物質を耐アルカリ性金属多孔体
に充填してなるニッケル電極において、該コバルト化合
物粉末の粒径を水酸化ニッケル粉末の粒径の１０分の１
以下としたことを特徴とするニッケル電極。 - 【請求項２】 前記コバルト化合物が、水酸化ニッケル
に対し、金属Ｃｏ換算で２〜６ｗｔ％の範囲で添加され
ている請求項１記載のニッケル電極。 - 【請求項３】 水酸化ニッケル粉末に、アルカリ電解液
に溶解して２価のコバルト錯イオンを生成するコバルト
化合物粉末を添加した活物質を用いるニッケル電極の製
造方法において、該コバルト化合物粉末の粒径を水酸化
ニッケル粉末の粒径の１０分の１以下に分級する工程１
と、このコバルト化合物に水酸化ニッケル粉末を加えて
電池活物質ペーストとする工程２と、このペーストを耐
アルカリ性金属多孔体に充填する工程３からなることを
特徴とするニッケル電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9000996A JPH10199519A (ja) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | ニッケル電極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9000996A JPH10199519A (ja) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | ニッケル電極及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10199519A true JPH10199519A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=11489215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9000996A Pending JPH10199519A (ja) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | ニッケル電極及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10199519A (ja) |
-
1997
- 1997-01-08 JP JP9000996A patent/JPH10199519A/ja active Pending
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