JPS5851669B2 - 電池用電極基体の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 一般に各種ポータフル機器、移動用、据置用などに用い
られる電池の電極としては、大別してペースト式、粉末
加圧式、クラッド式とポケット式、焼結式などがある。

これらのうちペースト式は、鉛電池で最も良く知られて
おり、鉛粉な主とする活物質粉末を水と硫酸を用いて練
合してペースト状にし、これを鉛を主とする格子に塗着
することにより得られる。

最近アルカリ電池にも非焼結式と称して、スクリーンや
孔あき板、エキスパンデッドメタルなどに水酸化ニッケ
ルや酸化カドミウムを主とし、結着剤を用いてペースト
状にしたものが塗着されて電極として用いられている。

しかし、現在の技術ではこの方式の電極は十分な電解液
を用いた電池では寿命に問題があるので、主に電解液量
を規制した密閉型電池に用いられている。

また加圧式は特に一次電池の二酸化マンガン極、酸化水
銀極、酸化銀極などに用いられており、活物質粉末を主
として用いた電極材料を加圧成型したものである。

これらのペースト式や加圧式はいずれも製法が簡単であ
り低コストになるとともに、電池特性上でも比較的すぐ
れているので、電極の製法上主流を占めている。

しかし、一次電池は別にして二次電池に用いて充放電を
繰り返すと耐久性に問題があり、活物質の脱落や電極の
ふ（れが生じ易い。

また鉛電池のクラッド式やアルカリ電池のポケット式は
このようなペースト式の問題点を解決して長寿命化を可
能にしたものであるが、逆に高放電での電圧低下が比較
的大きいので、主に低放電用の用途に用いられている。

焼結式は、焼結基体を用いているため、電池特性、寿命
ともに大きな改善が認められている。

しかし、焼結体の製法、活物質の充填などに工程の複雑
さがあるため、コストの点でかなり不利な面を有してい
る。

したがって最近では性能は焼結式に近づけ、しかも低廉
化をはかる試みが多くなされている。

本発明はそのうちの一つの有効な電極基体の製造法を提
供するものである。

すなわち、天然あるいは合成樹脂からなる織物、不織布
、フェルトなどの繊維で構成された多孔体内に耐電解液
性の導電性粉末を含有させ、ついで全体を金属メッキし
て繊維状多孔性金属体を得、これを電極基体とするもの
である。

一般に織物、不織布、フェルトなどはそれ自身十分な強
度を有しているため、これに金属メッキを施して得られ
る多孔体は厚さも任意に、かつ高多孔度で、しかも強度
の大きいものが得られ、従来の焼結基板や金属繊維を集
めて焼結などにより得られる多孔体や発泡メタルなどよ
りもむしろすぐれている。

例えば、現在広く用いられている円筒状電池に用いるた
めに、うず巻状に巻いても他の電極に比べて亀裂や破損
はきわめて少ない。

また繊維の上に金属メッキがされているため、金属量が
少なくても繊維状に互いにからまった形状を呈している
ので、導電性の点でもすぐれているなどの長所を有する
。

ただ織物や不織布、フェルトなどを金属層の芯にして得
られた金属多孔体であるので、孔の形状が焼結式や発泡
メタルのような球状ではなく、正方形状あるいは長方形
状になっている。

活物質粉末は一般的には球状であるため、充填された活
物質の保持力についてはやや問題がある。

また繊維の表面は一般的に平滑であるため、これにメッ
キしたものもやはり平滑で、粉末から得られた焼結体に
比べると凹凸がほとんどなく、その点からも活物質との
付着力の点や改良が望まれる。

すなわち、これらは活物質の均一な充填と寿命に関連す
ることになる。

そこで本発明では、繊維で構成された多孔体に金属メッ
キを施して得られる電極基体の上記問題点を解消する有
効な手段を提供するものである。

すなわち、繊維で構成された多孔体に、耐電解液性を有
する導電性粉末を含有させ、かつ全体を金属メッキする
もので、金属メッキの前に導電性粉末を介在させるよう
にしているため、金属メッキ後に得られた繊維状金属多
孔体と導電性粉末の一体化は完全となり、また導電性粉
末の介在により繊維で形成された孔形が正方形や長方形
から球状に近づき、しかも表面状態は複雑化するため、
活物質の保持能力が向上する。

したがって活物質の均一充填性は向上し、かつ寿命も向
上する。

なお、耐電解液性を有する導電性粉末を多孔体内へ介在
させる方法としては、この粉末を好ましくは結着剤を含
む溶媒に分散させておき、これを多孔体内に含浸させた
後乾燥する方法が最も有効である。

その他に、多孔体の表面層にのみ粉末を一体化しても活
物質の保持力の向上には効果があるため、この場合には
粉末と結着剤による分散液をスプレー等により多孔体の
表面に付着させた後乾燥する方法も有効である。

また導電性粉末を水あるいはアルコール等の分散媒に分
散させ、これを多孔体に含浸させた後乾燥するようにし
てもよい。

上記導電性粉末と多孔体を一体化した後の金属メッキを
する場合においては、導電性粉末が介在されているため
、いきなり電解メッキを行なっても全体へのメッキは一
応は可能であるが、初期のメッキの効率を考慮するとま
ず無電解メッキを行なってから電解メッキを行なうこと
が好ましい方法といえる。

次に本発明の実施例について述べる。

まず厚さ約０．８ｍｍ、平均孔径１５０μ、多孔度約９
０％のポリプロピレンからなるフェルトを用意する。

方カルボキシメチルセルロースの１重量％水溶液５０重
量部にカーボニルニッケル粉末１０重量部を加え十分攪
拌しながらこの液中に上記フェルトを浸漬する。

その後フェルトを液から引き上げて８０℃で１時間乾燥
する。

次いでニッケルの無電解メッキおよび電解メッキを行な
って約２０μのニッケルメッキ層を形成して、芯材にポ
リプロピレン繊維を有する繊維状ニッケル多孔体を得る
。

この場合の多孔度は約８６％であった。

そしてこの電極基体にリード板をスポット溶接した後、
硝酸ニッケル溶液を含浸し、か性カリ水溶液中で電解す
る、いわゆる含浸−電解を５回繰り返して活物質を充填
した。

このようにして得られた電極と公知のカドミウム極を用
いて単２型密閉電池を製作し、この電池をＡとし、比較
のためにＡとはカーボニルニッケル粉末を含有させてい
ない点が相違するのみでそれ以外は同じ製法で得られた
電池なり、また公知の多孔度８２％の焼結基板を用い、
これに含浸−電解法で８回充填を繰り返して得られたニ
ッケル極を用いた電池をＣとしてそれぞれの性能を比較
した。

第１図はＡ−Ｃの電池をそれぞれ２０個用意し、２５℃
の雰囲気中で３００ｍＡで放電させた場合の平均放電曲
線を示したもので、容量はＡ＝Ｂ＞Ｃ１電圧はすべてほ
ぼ同じであった。

第２図は４５℃の雰囲気中で３，５Ａで放電させた場合
の平均放電特性を示したもので、容量の傾向は第１図の
場合とほぼ同じであり、また電圧はＡ、Ｃに比べてＢが
ごくわずか低い程度である。

最後に５時間率充電−１時間率放電の条件で寿命試験を
行なったところ、１０００サイクルでＡは７７％、Ｂは
６９％、Ｃは７８％の容量を維持しており、ＡはＢに比
べて容量低下がかなり少ないことが認められた。

以上の結果から、本発明の製造法により得られる電極基
体は、多孔度が一般に７８〜８３％程度の多孔度を有す
る焼結体に比べて大きいので、活物質の充填回数は少な
くてすみ、しかも充填量を多くすることが容易である特
長を有するとともに、電圧、寿命とも焼結式にはほとん
ど劣らないことが明らかとなった。

また多孔度が大きいことは、活物質保持体としての金属
の含有量が少なくてもよいことを示すとともに、焼結体
のようにスクリーン等の芯材を必要としない等価格の点
でも有利である。

また上記実施例においては、繊維から構成されている多
孔体としてフェルトを用いたが、織物や不織布も用いる
ことができる。

また材料としては実施例で示したポリプロピレンの他に
、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−アクリ
ロニトリル共重合体等通常の合成樹脂やセルロール系の
アセタール化物等の天然繊維を用いることができる。

また導電性粉末としては、上記実施例においてはニッケ
ル粉末を用いたが、その他鉄、ステンレス鋼粉末、炭素
、黒鉛粉末等も利用することができる。

またその結着剤としては、カルボキシメチルセルロース
やポリビニルアルコールのような親水性を有する物の他
にフッソ樹脂、ポリスチロール、ポリ塩化ビニル等通常
の結着剤を用いることができる。

上記実施例ではニッケル極について詳述したが、酸化カ
ドミウムあるいは水酸化カドミウム等を充填すればカド
ミウム極としても同様に製造することができ、同じ効果
が得られる。

また充填の方法は、ニッケル極、カドミウム極とも実施
例で示した活物質への転化を伴う充填法の他に活物質を
直接充填するペースト方式も採用することができる。

以上のように本発明によれば、繊維で構成された多孔体
に、耐電解液性を有する導電性粉末を含有させ、ついで
金属メッキを施すだけの簡単な工程で品質、価格の点で
すぐれた電池用電極基体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は各種電池の放電特性の比較を示す
グラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 繊維で構成された多孔体に、耐電解液性を有する導
   電性粉末を含有させ、ついで金属メッキを施すことを特
   徴とする電池用電極基体の製造法。 ２ 前記導電性粉末を多孔体に含有させる工程が、導電
   性粉末を分散させた分散媒を多孔体に含浸させることか
   らなる特許請求の範囲第１項記載の電池用電極基体の製
   造法。 ３ 前記導電性粉末を多孔体に含有させる工程が、導電
   性粉末を分散させた結着剤溶液を多孔体に含浸させるこ
   とからなる特許請求の範囲第１項記載の電池用電極基体
   の製造法。 ４ 前記導電性粉末を多孔体に含有させる工程が、導電
   性粉末を分散させた結着剤溶液を多孔体の表面にスプレ
   ーにより付着させることからなる特許請求の範囲第１項
   記載の電池用電極基体の製造法。 ５ 前記金属メッキする工程が、まず無電解メッキを施
   し、次に電解メッキを施すことからなる特許請求の範囲
   第１項記載の電池用電極基体の製造法。