JPS6086226A - 強化された金属基体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ”ｉｆ：５池、例えば、ニッケルー力ドウミウム電池の
製造において有用な板は、従来種々の型の導電性メ・７
シヨーを組み込んだ焼結されたニッケル粉末のプラ、ン
クから製造されている。ブラックを通常ニッケル塩溶液
で浸漬する。ニッケル塩溶液は活性なニッケルおよびカ
トウミウムの化合物に電解的に転化される。ブラック材
料は電池の反応に右、Ｑに参加しないので、この材料の
重ｈ；−を最小にすることが望ま１−い。典型的には、
ブラックは含浸１１ｆ？に７０〜８０％の多孔度であり
、最大の多孔度は強度および伝導性の考慮により限定さ
れる。これらの電池は、過去にいて、電池の構成成分を
有用とするために強化する試みから生じた重量の増大に
主として悩まされた。

１、たがって、電解の用途において高い伝導性および化
学的抵抗性を有する非常に軽量な金属構造体を形成でき
るならば、ニッケルーカドミウム電１１シ、燃料電池な
どのような装置の商業的用途を現在制限する＠借を少な
くすることができ、これによりこの分野において長い間
考えられてきた要求を解決しかつ進歩を構成することが
できるであろう。

金属＄、覆された繊維および金属粉末から製造された強
化された金属基体（ｍｅｔａｌ　５ｕｂｓｔｒａｔｅ）
は、バインダー材料としてフィブリル化された）ＡＭを
使用して製造された。金属被覆された炭素繊維および金
属粉末をスラリーとして均〜に分散させ、不規則な不織
ウェブにレイダウンし、次いで、焼結前にケイ酸塩を存
在させるとき、焼結して、伝導性を要求される装置の形
成に適する、低いコストの、軽量の、高い伝導性のマッ
トにする。

本発明は、金属被覆された炭素繊維、フィブリル化バイ
ンダー繊維および金属粉末の混合物のスラリーを形成し
、バインダー繊維の量がスラリーの固形分の合計重量に
基づいて約１−１５％でありかつ金属被覆された炭素繊
維対金属粉末の比がそれぞれ約５：９５〜９５：５、好
ましくは３０・７０−７０：３０の範囲であり、前記ス
ラリーから繊維と金属粉末との混合物を不規則の不織ウ
ェブとしてレイダウンし、生じたウェブを乾燥し、そし
て焼結する、ことからなる導電性の強化された金属基体
を製造する方法に関する。

「：４１化されたノ、（体を製造する本発明の方法にお
いて有用な金属被覆された炭素繊維は、それらの製造プ
Ｉ〃、と同様に、この分野においてよく知られている。

例えば、米国特許第３，６２２，２８３号および米国４
￥許第４，１３２，８２８号は、それらの製＋１１手順
の典型である。

け：素繊維は、炭素繊維の前駆物質、例えば、コールタ
ールピッチ、石油ピッチ、コールタール、イ旨由誘導熱
タール、エチレンクール、１−：Ｊ沸点コールタール７
Ｋ　、ｌ’ｌｌ物、エチレンクールＭ　Ｗｌ　物、ガー
抽または多核芳香族物質から製造することができる。ま
た、前駆物質として、ポリマー、例えば、アクリロニト
リルのホモポリマーコポリマー、ポリビニルアルコール
、および天然および合成のセルロースも有用である。本
発明においてイ■用な炭素繊維の製造方法は、米国特許
第４．０６９．２９７吟および未口１特詐第４，２８５
，８３１じ中に開示されており、それらの開示をここに
引用によって加える。

ＩＲ素繊維はいかなる長さであることもできるが、実際
的には、約１５ｍｍより短い長さである。好ましくは、
かつさらにすぐれた均一・性を達成するためには、金属
被覆された炭素繊維の大部分の１２さｔ士約３ｍｍを超
えない。最もに丁ましくｌオ、金属被覆された炭素繊維
の大部分の繊維長さは約２ｍｍを超えるべきではない。

へインターＨ＆維は、繊Ｍ＆％合物中に存在する繊維の
合計Ｄ＜　ｆＩｊみ基づいて、約１〜約１５重量％の範
囲の４″ｇで使用し、フィブリル化されうるいかなる繊
維材料からなることもできる。例えば、セルロース繊維
、アクリル繊維、ポリエステルＲ維などを使用すること
ができる。これらの繊維は、この分野において認められ
ている手順に従い、例えば、高速ヅエ断に従い、フィブ
リル化することができる。バインダーはいかなる実際的
な長さであることもできるが、それらは１５ｍｍを超え
ないことが好ましい。

好ま（２い／＜インダー繊維は、焼結時に分解する、す
なわち、約６００〜約８００°Ｃの範囲の温度に力］１
熱すると実質的に崩壊する、フィブリル化が１１丁能で
あるものである。こうして、好ましいバインダー繊維は
アクυロニ（・リルのホモポリマーおよびコポリマーか
ら製造されたアクリル繊維である。

炭素繊維を被覆するために使用する金属は、ニッケル、
ｌ１ｌＥ鉛、銀、鉛、カドミウム、鉄などを包含する。

炭素繊維を被覆するために使用する金属と回−の金属を
、本発明の新規なウェブの製造における粉末成分として
使用すべきである。

前述の量で使用する金属粉末は、１０ミクロンより大き
くない、好ましくは約２〜約４ミクロンの粒子サイズで
あるべきである。

基体は繊維と金属粉末との混合物をそのスラリーからレ
イダウン（ｌａｙ　ｄｏｗｎ）することにより製造され
る。スラリーは水のような液体あるいは空気のようなガ
ス中であることができる。例えば、ウェブは湿式レイダ
ウン法（製紙法）または乾式暦法、すなわち、先行技術
（米国！ｌシ詐第４，３５３，６８６号参照）において
知られているようなベルトより下に加えられる減圧の助
けによる有孔ベルトヒへの空気懸濁物からの乾式暦法を
用いてレイダウンすることができる。

いったん製造されると、基体を乾燥し、次いで、前述の
ように、焼結する。焼結は、７００〜１１００℃の範囲
の温度において、圧縮下に湿潤水素中で達成することが
できる。焼結はバインダー繊維を分解し、汚染されてい
ない表面を残し、この表面は焼結操作をさらに促進する
。

ノ１（体を強化するために、乾燥された基体をケイ酸４
１ｇ、例えば、ケイ酸ナトリウムなどで被覆、浸漬ある
いは接触することが好ましい。一般に、基体の合計Φ着
に基づいて、約２〜約２０重量％を使１ｆイする。

本発明の方法により製造された導電性の強化された金属
基体は、広範な種類の用途を有する。それらは、塩入（
性電解液を用いる電解層、例えば、電池；燃料電池など
における成分として有用である。

次の′χ施例は例示の目的にのみ記載され、特許請求の
範囲に記載される以外は本発明を限定するものと解釈し
てはならない。すべての部および百分−４ｉＩｆ、特記
しないかぎり、屯−ｊｉｋによる。

Ｘ鞄湾」 １．５部のアクリル繊維パルプ、１，５部の約３ミクロ
ンの粒子サイズのニッケル、３００ｍ１の水、０．２ｍ
ｌの商業的に入手可能な界面活性剤の１０％ｎｆ靜およ
び０．２ｍｌの商業的に入手可能な凝集剤の０．５部混
合物を、適当な配合装；〆Ｉに添加する。このスラリー
を約１０秒間配合し、１．５部の０．６４ｃｍ　（０，
２５インチ）のニッケルめっきした炭素繊維を添加し、
次いで２０秒間配合する。

次いで牛にたスラリーを、普通の手動シート製作機を使
用して、シートにドロウダウン（ｄｒａｗ　ｃｌｏｗｎ
）する。生じたシートを吸取紙の間でローリングして過
剰の水を除去した後、１１５°Ｃで乾燥する。次いで乾
燥した？−トを８００℃において水素雰囲気中で１時間
軽く圧縮しながら焼結し、室温に冷却する。生じた基体
をニッケル被覆繊維の交点において焼結され、それらの
交点においてニッケル粉末の大部分は蓄積される。

尖施瀧ヱ 実施例１の手順を再び反復するが、ただし乾燥したシー
トをケイ酸ナトリウムの１０水溶蔽巾で約２分間ソーキ
ングし、次いで９５℃において炉内で２０分間乾燥した
後焼結する。得られる基体ば、実施例１のポンプよりも
大きい強度および合成を示す。

実遣担 ′実施例２の手順を再び反復するが、ただしアクリル繊
維をセルロース繊維の代わりに使用する。

同様な結果が得られる。

災施携」 ′実施例１の基体を、アール・エル・ベウチャンブの方
法（Ｒ，Ｌ、Ｂｅａｕｃｈａｍｐ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　Ｍｅｅｔ　ｉ　ｎｇ、
Ｅｘｔｅｎｄｅｄ、Ａｂｓｔ　ｒａｃｔｓ　’＃６５，
０ｃｔｏｂｅｒ　１９７０．ｐｐ、１６１）に従い、ニ
ッケルーカドミウム市池の用途に要求ξれる活性材料で
含浸し、そして水酸化物に転化し、次いでディー中エフ
ーピケットの方法（Ｄ、Ｆ、Ｐｉｃｋｅｔｔ、”Ｆａｂ
ｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏ
ｎ　ｏｆ　Ｎ１ｃｋｅｌ−ＡｌｋａｌｉｎｅＣｅｌｌｓ
”、Ｐａｒｔ　Ｉ、ＡＦＡＰＬ−ＴＲ−７５−３４，１
９７４）に従い、ジ・エアー自フォース命アストロープ
ロパルジョンΦラボラトリ−（ｔｈｅ　Ａｉｒ　Ｆｏｒ
ｃｅ　Ａｓｔｒ。

Ｐｒｏ、ｐｕｌｓｔｏｎ　Ｌａ　ｂ　Ｏｒ　ａｊ　Ｏｒ
ｙ）において精製する。基体を保持フレーム中の２つの
ニッケル′市極の間に配置し、これにより基体がいずれ
の電極にも接触しないようにする。このフレームを１．
８モルの硝酸ニッケルおよび０．２モＪしの硝酸コバル
トを含有する５０１５０木−エタフノール溶液中に沈め
る。この基体を０゜０７８アンペア／ｃｍ２　（０，５
アンペア／平方インチ）において約２時間陰極処理（ｃ
ａｔｈ。

ｄｉｚｅ）する。次に、この基体を前記溶液から取り出
し、脱イオン水で洗浄し、３．５重量％の水酸化ナトリ
ウム溶液中に入れる。この基体の陰極処理を０．０７８
アンペア／ａｍ２　（０，５アンペア／平方インチ）に
おいて２０分間実施し、極性を逆転し、次いでこの基体
を同一の電流一時間のスケジュールを用いて陽極酸化す
る。この陰極処理および陽極酸化の方法を数回反復し、
その後基体を脱イオン水中で洗浄し、乾燥し、そして板
に切る。得られたニッケル電池の板を、釣り合う数の商
用カドミウム板およびナイロン織成セパレーターを使用
して、組み合わせてニッケルー力トウミウム電池にする
。きわめて優れる電池が得られる。

実施例５ 実施例２の手順を再び反復するが、ただし炭素繊維を亜
鉛めっきし、そして唾鉛金属を使用する。板に形成し、
そして実施例４におけるように市沖、中に使用すると、
きわめて優れた結果が得られる。

丈施刻ｊ 実施例１および４の手順を再び反復するが、ただし炭Ｍ
　繊維を銀めっきし、そして銀粉末を使用する。きわめ
て優れた結果が得られる。

叉蕪掬７ 実施例１のニッケル被膜およびニッケル粉末の代わりに
鉛を使用し、そして得られた基体を実施例４におけるよ
うに電池に形成すると、きわめて優れた結果が得られる
。

災旌桝互上１μ」 実施例１の手順に従うが、ニッケルを（８）カドミウム
および（９）鉄を使用すると、きわめて優れた結檗が得
られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ）　金属被覆された炭素繊維、フィブリル化／ヘ
   イングー繊維および金属粉末 の混合物のスラリーを形成し、金１ｆｆｌｉ１１ｒ覆さ
   れた炭素繊維対金属粉末の比はそれぞれ約９５：５〜５
   ：９５の 範囲であり、金属粉末および炭素繊 Ｍ［Ｉ−の金ｈ−（ｓは同一であり、 ｂ）　＋ｉｉｉ記スラリスラリー維の混合物な不規則の
   不織ウェブとしてレイダウン し、 Ｃ）　前記ｌ／イグウンしたつ、ブを乾燥し、そ１７て ｃｌ）　＃！＃られた乾燥ウェブを焼結する、ことを特
   徴とする強化されたニッケル基体の製造力ノ去。 ２、バインダー繊維がセルロース繊維である特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ３、バインダー繊維がアクリル繊維である特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ４、乾燥したウェブをケイ＃塩と接触させた後焼結する
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、金属がニッケル、亜鉛、銀、鉛、カドミラ１１また
   は鉄である特許請求の範囲第１項記載の方１７．６ ６、金属被覆された炭素繊維および金属粉末の混合物の
   乾燥し焼結されたシートからなり、金属被覆された炭素
   繊維対金属粉末の比がそれぞれ約９５＝５〜５：９５の
   範囲であることを特徴とするウェブ。 ７、乾燥し焼結されたシートがケイ酸塩を含有する特許
   請求の範囲第６項記載の方法。 ８、電池の板の形である特許請求の範囲第６項記載のウ
   ェブ・ ９、金属がニッケル、亜鉛、銀、鉛、カドミウムまたは
   鉄である特許請求の範囲第６項記載のウェブ。