JPH10334901A

JPH10334901A - アルカリ蓄電池とその電極の製造法

Info

Publication number: JPH10334901A
Application number: JP9141970A
Authority: JP
Inventors: Toru Inagaki; 徹稲垣; Hiroki Takeshima; 宏樹竹島; Kazushige Sugimoto; 一茂杉本; Katsuhiro Okamoto; 克博岡本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】電極基板の機械的強度、柔軟性を改良するこ
とで電極作製時および電極群の渦巻状捲回時における基
板抵抗の上昇を抑制した、充放電特性に優れたアルカリ
蓄電池を提供する。【解決手段】金属板またはネット等の多孔性素材から
なる導電性芯材１と、この導電性芯材の両表面より起毛
しているニッケル繊維２とが一体化していて、芯材とニ
ッケル繊維との接合界面の一部分に空洞３が存在してい
る植毛型基板を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアルカリ蓄電池とそ
の電極の製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ蓄電池はその利用機器である通
信機、パーソナルコンピュータなどの携帯化が進むにつ
れて市場規模を拡大してきた。これらの分野においては
最近では軽量かつ高容量な電池への需要が急激に伸びて
いる。また、電動工具、補助動力など大電流での充放電
が必要とされる用途においても、アルカリ蓄電池の需要
は高まっている。

【０００３】アルカリ蓄電池用電極の製造法は大別し
て、パンチングメタルなどの導電性芯材にニッケル粉末
と増粘剤とを混練したペーストを塗着し、これを焼結し
た基板に活物質を含浸することによって得られる焼結式
と、発泡メタルやニッケル不織布などの金属多孔体ある
いはパンチングメタル、エキスパンドメタルなどの導電
性芯材に、活物質を含むペーストを充填または塗着して
得られるペースト式とがある。

【０００４】本発明に類似したものとしては、先に公開
された特開昭６１−２９３６１８号公報においてステン
レス鋼網に繊維状ニッケルを植毛し、これを圧延し、焼
結した基板が提案されている。これは、上述したような
焼結式極板において焼結されたニッケル基板亀裂発生
や、基板厚みの制御が不可能となるといった不都合を解
決するものである。

【０００５】また、特開平８−１４４１５３号公報で
は、炭素繊維を含む糸条からなる基布層と基布層より起
毛した立毛部からなる炭素繊維パイル布帛が提案されて
いる。これは、二次電池、特にナトリウム−硫黄電池の
電極導電材（基板）として使用することをねらいとした
ものであり、アルカリ蓄電池用基板としては不向きであ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】焼結式電極は大電流で
の充放電特性はペースト式より優れているが、ペースト
式で用いられている基板と比べてその空孔率が低く、ま
た多孔体の厚みを厚くすることが困難であるため単位体
積当たりの電池容量はペースト式より低い。さらに焼結
式基板の空孔径はペースト式のそれより小さいため、必
要量の活物質を充填するためには溶液の含浸を数回くり
返す必要があるなど製法が繁雑であるという課題もあ
る。

【０００７】ペースト式電極の基板としては、活物質の
導電性が低いニッケル極では発泡メタルやニッケル不織
布などの金属多孔体が使用されている。これらの基板
は、基板中央部に導電性芯材が通っている焼結式基板と
比較して、活物質から電流出入口としての電極端子まで
の集電経路が長いため大電流での充放電特性が劣る。ま
た、基板の機械的強度が焼結式と比較して大きく劣るた
め、活物質充填後の加圧により基板が伸びてしまい導電
骨格が切断して基板抵抗が上昇する。さらに電極として
の柔軟性が低いため、円筒型電池に使用する際の電極を
渦巻状に捲回して電極群を構成するときにも、電極にヒ
ビや亀裂が入って基板の導電骨格が切断して基板抵抗が
上昇する。このような基板抵抗の上昇も充放電特性の低
下と原因となる。

【０００８】さらに焼結式基板と比べ総じて基板の空孔
径が大きいため活物質の保持力も劣る。ニッケル極にお
いては充放電を繰り返すと活物質の体積が大きく変化
し、電解液を吸収して極板が膨潤する。その際、活物質
の保持力が低いと、基板と活物質粒子との接触性が低下
しやすく集電能力の劣化が大きい。

【０００９】一方、活物質の導電性が比較的高いカドミ
ウム極、水素吸蔵合金極では基板としてパンチングメタ
ルなどの二次元の導電性芯材を使用し、さらに導電性を
補うためにカーボン粉末あるいは金属繊維などの導電
材、活物質保持力を補うための結着剤などを添加した電
極が普及している。しかし、導電材の添加によっても大
電流で充放電する場合には集電能力が不足していた。

【００１０】なお、ニッケル極についても電極製造コス
トの低廉化のため、パンチングメタルなどの二次元の導
電性芯材を使用した電極の検討が従来からなされている
が、適当な導電材、結着剤が得られていないため、充放
電特性、充放電の繰り返し寿命特性が劣るため、まだ実
用化されていない。

【００１１】本発明は、このような課題を解決するもの
で、電極作製時および電極を捲回して電極群を構成する
ときの基板の導電骨格の切断を抑制して基板抵抗の上昇
を防止することで充放電特性とサイクル寿命特性を向上
させた電極を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では金属板またはネット等の多孔性素材から
なる導電性芯材と、この芯材の両表面より起毛している
ニッケル繊維とが一体化していて、かつ導電性芯材とニ
ッケル繊維との接合界面の一部分に空洞が存在している
基板に活物質を充填した電極とこれを用いたアルカリ蓄
電池を提供するものである。

【００１３】また、この電極の製造法は、導電性芯材の
両面に接着剤をスプレー塗布、ローラー転写などにより
筋状に塗布してから樹脂繊維を静電植毛工法などにより
植毛する工程と、この導電性芯材の両表面から垂直方向
に起毛している樹脂繊維の上から接着剤をスプレーなど
により塗布して樹脂繊維をその先端近くで複数本ずつ結
合する工程と、導電性芯材および樹脂繊維の表面に例え
ば無電解メッキや電気メッキによって所望の厚みまでニ
ッケルを被覆する工程と、次いで樹脂繊維と接着剤を熱
分解除去して導電性芯材とニッケル繊維との接合界面の
一部分に空洞を形成し、さらに導電性芯材の表面および
樹脂繊維表面を被覆しているニッケルと芯材とを焼結す
る工程から得られた基板に活物質を充填するものであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、アルカ
リ蓄電池について規定したものであり、正極と負極とセ
パレータとアルカリ電解液とからなるアルカリ蓄電池で
あって、正・負極のうちの少なくとも一方の電極は、導
電性芯材と、この導電性芯材の両表面より起毛している
ニッケル繊維とが一体化していて、かつ導電性芯材とニ
ッケル繊維との接合界面の一部分に空洞が存在している
基板に活物質が充填されているものである。

【００１５】また、請求項２に記載の発明は、この電極
の製造法について規定したものである。

【００１６】この電極の基板には中央部に導電性芯材が
配されているため、活物質充填後の加圧時の電極の伸び
が少なく導電骨格はほとんど切断されない。

【００１７】また、この基板の導電性芯材とニッケル繊
維との接合面の一部には、樹脂繊維を植毛するため筋状
に塗布した接着剤が除去されて形成した空洞が存在す
る。この空洞が電極を捲回するときに電極に与えられる
引張応力および圧縮応力を緩和するため、電極に発生す
るヒビや亀裂は微小なものとなり、導電骨格の切断が少
なくなる。そのため基板抵抗の上昇が抑制されて、電極
としての充放電特性が向上する。

【００１８】

【実施例】

（実施例）厚さ６０μｍ、パンチング孔径１ｍｍ、開孔
率４２％のニッケルメッキした鉄製パンチングメタルの
両面にフェノール系接着剤（固形分２０％）を、その塗
布量が５０ｇ／ｍ²になるようにスプレーで筋状に塗布
した。続いて、接着剤が乾燥する前に、直径３０μｍ、
長さ２ｍｍのレーヨン繊維を電極を備えたふるいから振
り落としつつ、ふるい内の電極とパンチングメタルとの
間に７０ｋＶの電圧を印加してレーヨン繊維を帯電させ
て静電植毛を行った。

【００１９】次いで接着剤を硬化させるため１２０℃で
１０分間乾燥させた後、無電解メッキによりレーヨン繊
維およびパンチングメタルの表面に厚さ０．５μｍのニ
ッケル−リン合金を被覆した。その後、電気メッキ用ワ
ット浴中で電流密度１０Ａ／ｄｍ²でニッケルメッキ重
量が３００ｇ／ｍ²になるように電気ニッケルメッキを
施した。

【００２０】この後、先のフェノール系接着剤とレーヨ
ン繊維とを熱分解して除去するために大気中で７００℃
で５分間の焼成をおこなった。続いて、窒素−水素気流
中において１０００℃でパンチングメタルとニッケル繊
維の焼結を行い、本発明による基板ａを作製した。得ら
れた基板ａの厚みは約４ｍｍであった。

【００２１】図１はこの基板の拡大概略図である。図中
１はニッケルメッキした鉄製パンチングメタルであり、
２はコアであるレーヨン繊維が熱分解して中空となった
ニッケル繊維であり、３は導電性芯材とニッケル繊維と
の接合界面の一部分に存在する空洞を示している。

【００２２】次に得られた基板を加圧して厚さ１．４ｍ
ｍに調整した後、所定の位置に５ｍｍ四方の金型で厚さ
約０．２ｍｍまで圧縮して活物質が充填されないリード
取付部分を形成した。

【００２３】続いて市販の水酸化ニッケル９０部と水酸
化コバルト１０部にペースト中の水分率が３０％となる
量の水を加えて混練したペーストを基板ａに充填し、９
０℃で３０分間乾燥した後、加圧して厚さ０．７ｍｍに
調整した。このようにして得られたニッケル電極を幅３
５ｍｍ、長さ１１０ｍｍに裁断した。このニッケル電極
の容量は約１６００ｍＡｈである。そして活物質が充填
されていない所定の位置にニッケルリード板をスポット
溶接してニッケル極４とした。

【００２４】負極には水素吸蔵合金極を用いた。これは
ＭｍＮｉ_3.55Ｍｎ_0.4Ａｌ_0.3Ｃｏ_0. ₇₅からなる組成の水
素吸蔵合金を粉砕して５０μｍ以下の粉末を用意し、こ
れを８０℃の３１％ＫＯＨ水溶液に１時間入れて、合金
粉末表面の酸化被膜を取り除く活性化処理を行った。こ
の粉末に１．５ｗｔ％カルボキシメチルセルロース水溶
液を加えたペーストを基板重量４５０ｇ／ｍ²の発泡状
ニッケル板に充填し、９０℃で３０分間乾燥した後、加
圧して厚さ０．４ｍｍに調整した。その後５ｗｔ％のフ
ッ素樹脂ディスパージョンでコーティングし、乾燥した
後、幅３５ｍｍ長さ１４５ｍｍに裁断して水素合金極５
とした。

【００２５】このニッケル極４と水素吸蔵合金極５との
間にスルホン化処理したポリプロピレン製不織布セパレ
ータ６を介在させて渦巻状に捲回し、４／５Ａサイズの
電池ケース７に収納した。その後、比重１．３０の水酸
化カリウム水溶液に３０ｇ／ｌの水酸化リチウムを溶解
した電解液を所定量注入し、正極端子を固定した封口板
８でケース開口部を封口して図２に示すような密閉型ニ
ッケル−水素蓄電池を構成した。このようにして本発明
の電池Ａを作製した。

【００２６】（比較例）市販の水酸化ニッケル９０部と
水酸化コバルト１０部にペースト中の水分率が３０％と
なる量の水を加えて混練したペーストを、比較のための
基板ｂとして用意した厚さ１．４ｍｍ、基板重量４５０
ｇ／ｍ²の発泡状ニッケル板に充填し、９０℃で３０分
間乾燥した後、加圧して厚さ０．７ｍｍに調整した。こ
のようにして得られたニッケル電極を幅３５ｍｍ、長さ
１１０ｍｍに裁断した後、所定の位置にリードをスポッ
ト溶接して取りつけてニッケル極とした。以下実施例と
同様にして電池Ｂを作製した。

【００２７】次に基板ａ，ｂの活物質充填前、加圧後、
および電極捲回後の基板抵抗の上昇を測定した。加圧
後、および渦巻状電極捲回後の基板は、充填した活物質
を酢酸アンモニウム水溶液で溶解除去したものを使用し
た。基板抵抗は幅３５ｍｍ、長さ１１０ｍｍの基板の長
手方向に１Ａの電流を流したときの電圧降下より測定し
た。（表１）に活物質充填前の基板抵抗を１００とした
ときの基板抵抗を指数で示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】（表１）の結果が示すように、実施例の基
板ａは基板ｂと比較して加圧後、電極捲回後の基板抵抗
の上昇が大幅に抑制されていた。

【００３０】次に電池Ａ，Ｂの放電特性を評価した。１
ＣｍＡで７２分間充電した後、放電電流を０．２Ｃｍ
Ａ，１ＣｍＡ，３ＣｍＡとして１．０Ｖまで放電したと
きのそれぞれの電池の放電容量を（表２）に示す。

【００３１】

【表２】（表２）の結果に示すように、実施例による電池Ａは電
池Ｂに比較して放電容量、放電平均電圧ともに向上し
た。

【００３２】なお、実施例では導電性芯材にパンチング
メタルを使用したが、渦巻状に捲回できれば開孔部のな
い金属板、金網、エキスパンドメタルなどを使用するこ
ともできる。また樹脂繊維についてもレーヨン繊維以外
にアクリル、ナイロンなどの樹脂繊維を使用してもよ
い。

【００３３】また、実施例では植毛型基板をペースト式
ニッケル極に使用した場合について述べたが、渦巻状に
捲回する電極であればカドミウム極、水素吸蔵合金極等
の負極に使用した場合についても捲回時によるヒビや亀
裂の発生を抑制して基板抵抗を下げる効果が得られる。
同様な効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、アルカリ蓄電池および
その電極において、電極の機械的強度および柔軟性を改
善することで基板抵抗の上昇が抑制され、充放電特性が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における基板の拡大模式図

【図２】同実施例における電池の断面概略図

【符号の説明】

１ニッケルメッキした鉄製パンチングメタル２ニッケル繊維３芯材とニッケル繊維との接合界面の一部に存在する
空洞４ニッケル極５水素吸蔵合金極６セパレータ７電池ケース８封口板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡本克博大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極と負極とセパレータとアルカリ電解液
とからなり、正・負極のうちの少なくとも一方の電極
は、金属板またはネット等の多孔性素材からなる導電性
芯材と、この導電性芯材の両表面より起毛しているニッ
ケル繊維とが一体化した基板に活物質を充填したもので
あって、前記導電性芯材と前記ニッケル繊維との接合界
面には空洞が存在しているアルカリ蓄電池。
【請求項２】正極と負極とセパレータとアルカリ電解液
とからなり、正・負極のうちの少なくとも一方の電極
は、金属板またはネット等の多孔性素材からなる導電性
芯材と、この導電性芯材の両表面より起毛しているニッ
ケル繊維とが一体化し、かつ導電性芯材とニッケル繊維
との接合界面には空洞が存在している基板に活物質を充
填したものであり、この電極は、前記導電性芯材の両面に筋状に接着剤を塗布してから樹
脂繊維を植毛する工程と、前記導電性芯材および樹脂繊
維の表面を所望の厚みのニッケルで被覆する工程と、前
記樹脂繊維と接着剤を熱分解除去して空洞を形成し、さ
らに前記導電性芯材および樹脂繊維の表面を被覆してい
るニッケルと前記導電性芯材とを焼結する工程より得た
基板に、活物質を充填して得られたものであるアルカリ
蓄電池用電極の製造法。