JPS5833665B2

JPS5833665B2 - 鉄電極の製造法

Info

Publication number: JPS5833665B2
Application number: JP52093582A
Authority: JP
Inventors: 勉岩城; 勝弘高橋; 正憲森; 博志川野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1977-08-03
Filing date: 1977-08-03
Publication date: 1983-07-21
Also published as: JPS5427935A

Description

【発明の詳細な説明】ポータプル電気器具の小型、軽量化に伴い電源となる二
次電池も、轟然のことながら、小型、軽量化が要求され
てくる。

このような背景により各種の充電可能な電池が、製造、
市販されているが、性能、寿命、保守、価格、無公害性
などのすべての点を満足するものはなく今後の開発が期
待されている。

このうち、アルカリ蓄電池においては、通常、負極とし
て、カドミウム極、亜鉛極、鉄極が実用化されている。

しかし、カドミウム極については、価格、無公害性の点
で、また亜鉛極については充放電サイクル寿命、無公害
性の点で大きな欠点を持っている。

一方、鉄極については価格、無公害性の点ですぐれてい
るのみならず、単位重量当たりの理論放電容量が大きい
特徴を持っている。

また、鉄はアルカリ電解液に実用上、不溶性であり、と
くに亜鉛極に比べれば、充放電サイクルの点で根本的な
優位性を持っている。

この、鉄極の製造法は大きく分けて焼結式とポケット式
が実用化されてきた。

後者の場合には、電極表面を金属多孔体で補強するため
、低電流放電でのサイクル寿命はすぐれているが、高率
放電特性の劣化が大きい欠点がある。

これに対して前者の焼結式電極は高率放電特性にすぐれ
、据置用電源、電気自動車用電源として将来が期待され
ている。

しかし、この焼結式電極においても、高率放電による活
物質の脱落、容量低下がおこり、この防止策として焼結
温度を高めると、鉄の活性度の低下、放電利用率の低下
をおこす。

さらに、焼結式電極は粉末をそのまま型に充てん後焼結
する方法では、製造工程を自動化あるいは連続化するこ
とに対して不都合な面が多く、製造コストの低廉化に限
界がある。

以上のような２つの製法にかわり、スラリー法と称する
電極の製造法が提案されてきた。

この方法によると、粉末を充填する必要がなく、ペース
ト・状にされた浴槽内を、金属多孔体を通過させるだけ
で、金属多孔体の両面に塗着し、乾燥すれば、粉末を充
填した場合と同じ効果が得られる。

本発明は、このスラリー法により鉄極を得る方法をさら
に改良したものである。

すなわち本発明は、活物質である鉄主体の粉末を結着剤
及びその溶媒によりペースト状にして芯材に付着させた
後、還元雰囲気において５００〜６５０℃の温度で焼結
し、次いでこの焼結体の表面に耐アルカリ性の熱可塑性
樹脂粉末を付着し、樹脂の融点以上の温度に加熱して樹
脂粉末を溶着させることを特徴とする鉄電極の製造法で
ある。

スラリー法においては、活物質ペーストを芯材に付着し
、溶媒を蒸発させれば、電極形状の成形体として存在す
る。

一方従来の焼結式電極においては、焼結前は加圧しない
限り成形体として存在しない。

これらの相違が原因と思われるが、本発明者らは、スラ
リー法においては、焼結温度が５００〜６５０℃と従来
より低くても、従来の焼結式電極と同程度の強度のもの
を得られることを見出した。

本発明の方法においては、上記のようｌこ、従来の焼結
式電極の焼結温度の下限よりも低い温度で焼結するので
、前記のような鉄表面の活性の低下度合が少なくなり、
高性能の鉄電極を得ることができる。

すなわち、上記の温度範囲より高い温度、例えば７００
℃以上の温度で焼結すると、焼結が進みすぎて鉄の活性
度が低下し、放電利用率が低下する。

また焼結温度が上記より低いと、焼結が不十分で、脱落
による容量低化が著しい。

また、この鉄電極は充放電による体積変化が少ないので
、焼結層の表面に熱可塑性樹脂を融着させるという簡単
な操作によって、電極表面からの活物質の脱落を有効に
防止し、長寿命とすることができる。

以下本発明をその実施例により説明する。

第１図は電極の製造工程を示す。

１は電極芯材として用いる鉄製エキスバンドメタルで、
ロール２に巻かれている。

３は電解鉄粉末とカルボキシメチルセルロースの３重量
饅水溶液とを重量比で１０対３の割合で混合したペース
ト４を収容した槽で、芯材１は槽３の下部から入り、両
面にペーストが付着される。

ペーストを付着した芯材は、次にスリット巾１．２ｍｍ
に設定されたスリット５を通過して一定厚さにされ、乾
燥器６で乾燥された後、水素炉７内で焼結される。

８は得られた電極を巻き取るロールである。

次に上記の電極を１５０Ｘ１００ｍｍの大きさに切断し
、表面にポリエチレンの微粒子を１（Ｆ＠／ｄの割合で
付着させ、１４０℃に加熱した。

これによりポリエチレンの粉末同志が溶融時に部分的に
結合し、電極表面には網状のポリエチレン層が形成され
た。

第２図は上記の方法で得られた電極を示すもので、１は
芯材、９は鉄活物質層、１０は層９の表面に融着された
ポリエチレンである。

上記の方法において、水素炉内での熱処理温度を変えて
次表のような７種の鉄電極を作り、その性能を比較した
。

なお水素炉での熱処理時間はいずれも３０分間とした。

鉄電極の性能比較は、硫化カリウムを５ｇ／ｌの割合で
含む３０重量φのか性カリ水溶液中に、鉄電極及びその
両側にセパレータを介してニッケルネットよりなる対極
を浸漬し、２Ａの電流で充放電を繰り返し、充放電に伴
う鉄電極の容量変化で比較した。

その結果を第３図に示す。なお鉄電極の容量は利用率で
示した。

第３図から明らかなように、電極ａは初期において、充
放電を繰り返しても容量の向上はみられなかった。

この原因は水素炉での熱処理温度が低すきるため、未還
元部分が残っていると考えられ、しかも、強度的にも弱
いので活物質の脱落が多いため容量低下をきたしたもの
と考えられる。

また電極ｆ、ｇの場合は、鉄の焼結が進み表面活性度の
低下により、利用率の低下がみられたものと考えられる
。

これらに比べ、本発明の電極す、ｃ。ｄは、わずかの差
は認められるが、初期より長期にわたり安定な放電容量
を示した。

なお、比較のために示した電極ｅにおいては、初期状態
は本発明のものとまったく同様な結果が得られたが、３
０サイクル程度経過後より、徐々に容量低下がみられる
。

この結果よりも、ポリエチレンの網状の層を設けること
は電極の長寿命化に効果的であることがわかる。

なお、ペースト状にする結着剤としては、カルボキシメ
チルセルロース、加工デンプン、寒天、アルギン酸ソー
ダのような水溶性物質で高粘度が得られる結着剤が工業
的に取り扱いが簡単である。

またこれらは焼結温度以下の温度で熱分解するので、電
極の性能に悪影響を与えることがない。

また、電極表面に固着させる網状樹脂層として実施例で
は、その材料としてポリエチレンを示したが、その他、
ポリスチレン、ポリプロピレン。

ポリ塩化ビニルのような耐アルカリ性の熱可塑性樹脂を
使用することができる。

また、その固着量は粉末粒度により異なるが４〜１５ｍ
’ｉ／ｍＡが適当で、表面被覆率は３０〜４０％が最適
である。

以上のように、本発明においては、活物質粉末をペース
ト状にし、しかも、低温で焼結を行い、さらに、表面処
理を行うことにより、従来の電極に比べ画期的に性能が
向上し、長寿命化された鉄電極が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における鉄電極の製造工程を
示す図、第２図は得られた電極の断面図、第３図は各種
の方法で製造した鉄電極の充放電に伴う利用率を比較し
た図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１活物質粉末を結着剤及びその溶媒によりペースト状
にして電極支持体に付着させた後、還元雰囲気中におい
て５００〜６５０℃の温度で焼結し、次いで表面に耐ア
ルカリ性の熱可塑性樹脂粉末を付着させ、前記樹脂の融
点以上の温度に加熱して前記樹脂を電極表面に融着させ
ることを特徴とする鉄電極の製造法。