JPS641909B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 電池の電極としては、大別すると鉛電池、アル
カリ電池など二次電池や一次電池に用いられてい
るペースト式や加圧成型式、鉛電池のクラツド式
やアルカリ電池のポケツト式のように活物質を容
器中に収納する方式、さらにアルカリ電池の焼結
式とがある。

これら３つの方式にはそれぞれ長短があり、ペ
ーストあるいは加圧式型式は、製法が簡単で低コ
ストであるとともに性能面でもすぐれているが、
二次電池に用いた場合には寿命の点に問題があ
る。また、容器に収納する方式は寿命の点ではす
ぐれているが性能やコストに問題がある。最後の
焼結式は性能、寿命ともすぐれているが製法が複
雑であるのでコストに問題がある。

しかし、電池全体でみるとやはり低コストが大
きな魅力であるので、ペーストあるいは加圧成型
式が主流を占めているのが現状である。

ペースト式あるいは加圧成型式は、電池活物質
粉末に必要に応じて導電材や結着剤を入れてペー
スト状にしたり、半乾燥状態で電極にするので製
法が極めて簡単である。しかし、活物質の結合力
を高めるために結着剤の量を増すと電気抵抗が増
大して性能が劣化するので、この形式の電極では
強度が比較的小さく、充放電の繰り返しにより活
物質が脱落したり、電極がふくれてしまい寿命の
点では改良の余地が多い。

これに対して焼結式の場合は、非常に小さい孔
を持つ焼結体の活物質をその塩溶液の状態で充て
んし、これを活物質に転化するので、焼結基体へ
の結合力も大きく、また、微孔内に活物質が保持
されているので脱落し難く寿命も長い。また、接
触部分も多く導電性も高いので特性もすぐれてい
る。ただ製造工程の複雑化により、活物質を直接
ペーストしたりあるいは加圧により得られる方式
よりもコスト高になる。

このような焼結式の欠点を抑制して特性や寿命
は焼結式に近づけ、価格はペースト式に近づける
試みの一つが、芯材として発泡メタルを用い、こ
れに活物質を直接充てんする方式である。この発
泡メタル、たとえば住友電工(株)よりセルメツトの
名で販売されているものは、多孔度が90〜97％と
従来の焼結式の78〜84％に比べてはるかに大き
く、孔径も50〜300μのように活物質粉末を直接
充てんできる大きさを有していて、しかも三次元
構造を持つているので充てんされている活物質を
骨格で包含できる。

このことから、特性や寿命を焼結式電極に近づ
けることはできるが、大電流放電での電圧低下や
円筒状電池に用いる場合にうずまき状に巻くと強
度に問題があり、巻く際に亀裂がさらには破損を
招くなどの問題を残している。いずれの場合にも
発泡メタルは多孔度が大きく金属の占める割合が
小さいことが原因であり、導電性が小さいことや
強度が小さいことによるものである。これらを防
ぐためには骨格を大きくすればよいのであるが、
それでは多孔度、孔径とも小さくなり、発泡メタ
ルの特長は失われてしまう。

本発明は、このような問題点を発泡メタルの特
長をそこなうことなく解決する一つの簡単でしか
も有効な手段を提供するものであつて、発泡メタ
ルに金属線あるいは金属の帯（細い薄板）を一体
化した電池用電極活物質保持体の製造方法を提供
するものである。

すなわち、発泡状樹脂板の片面上あるいはその
中に金属線あるいは帯を固定し、これら全体を金
属メツキするものである。このようにすると簡単
な操作で芯材として金属線あるいは帯を保持した
発泡メタルを得ることができる。しかも金属線あ
るいは帯はメツキ金属によつて発泡メタルと一体
化される。

この場合に、発泡状樹脂としては、公知のポリ
ウレタン、ポリスチロール、尿素樹脂、ポリ塩化
ビニル等を用い、この電極活物質保持体が最も有
効なアルカリ電池用としての金属線あるいは帯
（細い薄板）としては、ニツケル、鉄、ステンレ
ス鋼等が用いられる。また、これら金属線あるい
は帯は発泡状樹脂面に接着剤により接着してもよ
く、また、熱可塑性樹脂を用いた場合には金属線
あるいは帯を加熱しておいて熱溶着してもよい。
接着剤で一体化する際の長所は、一体化を十分行
なうことができることであり、熱溶着の場合は、
熱により発泡状樹脂の金属線あるいは帯と接する
部分が溶解収縮するので表面に当てても金属線あ
るいは帯が一部発泡状樹脂板の中に埋め込まれる
ようになることであり、金属メツキ後に一体化が
十分なされることである。その他に発泡状樹脂板
中に挿入する場合は線がよく、この方法は、電極
活物質保持体としては極めて好ましいものである
が、操作上はやや複雑であるので、多くの場合前
者の表面への一体化で十分である。

このような金属線あるいは帯を芯材とする電極
活物質保持体は、すでに提案したスクリーン、エ
キスパンデツドメタル、孔あき板を芯材とした活
物質保持体に比べてこのような芯材の占める割合
を少なくしてもほぼ同様の効果が期待できるとと
もに、芯材の占める材料費の節約、さらには電極
活物質保持体製造上の簡単さなどの長所を有して
いる。

さらに金属線の太さについては、平板として電
極を用いる場合には、それほど限定はされない
が、うず巻状に巻く場合には、あまり太いと巻く
際の抵抗が増大するという問題があるので、その
外径は0.05〜0.5mm程度がよい。また、金属帯の
厚さは0.05〜0.3mm、その幅は１〜５mm程度がよ
い。金属線あるいは帯の間隔についても、極端な
場合には電極１枚に１本でも効果があるが、通常
は５〜50mm程度の間隔で保持させるのがよい。

なお、金属線あるいは帯を一体化後の発泡状樹
脂板への金属メツキについては、公知の無電解メ
ツキを施し、ついて電解メツキを施す方法が比較
的厚いメツキを要する本発明には適していて、こ
のメツキで金属線あるいは帯と発泡状樹脂板を金
属で連結することができ、金属線あるいは帯と発
泡メタルの一体化に極めて有効な手段となる。

すでに述べたように、このような電極活物質保
持体で最も有効な利用対象はアルカリ電池であ
り、したがつて金属メツキとしてはニケルメツキ
がよい。金属線あるいは帯としては、ニツケル、
鉄、ステンレス鋼等がすぐれていると述べたが、
たとえばうず巻状に巻くための強度のみを問題に
するのであれば、アルカリ電池として有害でない
たとえば銅線などの金属も利用できる。

さらに上記のように金属メツキにより骨格を形
成した場合には、メツキ後に不活性雰囲気で加熱
焼鈍することにより強度が向上するので加熱は有
効である。ニツケルメツキした場合の焼鈍のため
の加熱温度は750〜850℃が適当である。この場合
に焼鈍温度以下の温度で原料の発泡状樹脂は加熱
されて分解除去された構造となる。

このように本発明によれば発泡メタルに金属線
あるいは帯を一体化した電極活物質保持体が得ら
れ、活物質の充てんが容易で、長寿命であるとと
もに高放電での分極が小さく、また、うず巻き状
に巻くことも可能になる。

以下、本発明をその実施例により説明する。

第１図Ａに示す通り多孔度約95％で空間２をも
つた厚さ2.0mmの発泡ウレタン樹脂板１の片面に、
ポリスチロール樹脂のベンゼン溶液を塗布した線
径0.3mmのニツケル線３を10mm間隔で接着する。
この際にローラ間を通して加圧し、ニツケル線が
樹脂板１内に軽くめり込むように一体化する。

第１図Ｂはニツケル線３を軽くめり込むように
一体化した発泡ウレタン樹脂板の断面図である。

これに公知のニツケルの無電解メツキ、ついで
電解メツキを施し、総厚さ約25μのニツケルメツ
キを形成した。これを水洗、乾燥することで発泡
ウレタン樹脂板１とニツケル線３とに連なつてニ
ツケルメツキ層をもつた活物質保持体が得られ
る。又この活物質保持体を空気中において600℃
に20分間加熱して樹脂分を分解除去し、さらに水
素中において900℃にて15分間加熱すると、加熱
による焼鈍効果で、骨格のニツケル強度は向上
し、ニツケル線は軟化して柔軟性を増すのでうず
まき状に巻く際に好都合となる。勿論これらの工
程は、連続的に行なうことができる。

このような方法で多孔度約96％、厚さ約2.1mm
のニツケル線を一体化した発泡ニツケルからなる
活物質保持体が得られる。ついでリード板取付け
部分を加圧後、水酸化ニツケル82重量部、ニツケ
ル粉末12重量部、コバルト粉末６重量部をカルボ
キシメチルセルロースの水溶液でペースト状にし
たものを充てんし、さらにフツ素樹脂の水性デイ
スパージヨン（樹脂分４重量％）を含浸後、厚さ
が約1.1mmになるように加圧する。このようにし
て得られた電極を単２サイズに截断する。この場
合に金属線（あるいは帯）の電極の長さの長い方
向と平行になるようにする。このようにして得ら
れたニツケル極にリード板を取り付けた後に化成
し、公知の方法でうずまき状に巻いて単２型ニツ
ケル・カドミウム密閉電池を組み立てた。この電
池をＡとする。比較例として、金属線を一体化し
ない他は上記と同様にして得たニツケル極を用い
た電池をＢ、さらに従来の焼結式ニツケル極を用
いた電池をＣとする。

第２図は、各電池を400ｍＡの電流で放電した
ときの放電曲線であり、第３図は同じく3A放電
での特性である。この両図から明らかなように
400ｍＡでの容量はＡ＝Ｂ＞Ｃであり、電圧はＢ
がＡやＣよりやや劣る程度である。3A放電では
容量はＡ＞Ｂ＝Ｃとなり、電圧はＡ＝Ｃ＞Ｂにな
つている。なお、この結果は各電池10個の平均値
を採つた。このように本発明による電極は、電
圧、容量ともにすぐれている。Ｂが3Aの容量の
点で劣るのはうずまき状に巻回した際に生じた亀
裂が原因であり、また電圧の点では導電性がやや
小さいことにもよるのであろう。

さらに、10時間率充電−１時間率放電の繰り返
しによる寿命試験で、初期容量の60％まで低下し
た点を寿命として調べた結果、Ａは1300サイクル
で85％を保つているのに対して、Ｂは1250サイク
ルで60％に、Ｃは1280サイクルで60％に低下し
た。この場合にＢは亀裂が寿命に悪影響を与えた
ものであり、ＣよりもＡがすぐれているのは、Ｃ
では焼結体であることから粉末同志が電極活物質
保持体としての骨格を形成しているのに対して、
Ａでは金属が連続的につながつていて活物質保持
体としての耐蝕性の点ですぐれていて、充てん活
物質の脱落も少ないことによるものと思われる。

その他に、移動用や据置用に用いられる平板状
の電極の場合にも、焼結式と同程度の電圧特性に
まで向上し、容量は約1.3倍、寿命も約1.5倍に向
上することが認められた。

以上詳述したごとくアルカリ電池用のニツケル
極として極めてすぐれた効果を有している。また
カドミウム極に適用しても同じ効果が得られる。
さらに鉛電池についても鉛を主体とする発泡メタ
ルを用い、鉛線等の耐酸性金属を用いることによ
り同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明の実施例における金属メツキ
前の活物質保持体を示す平面略図、同図Ｂはその
断面略図、第２図は各種ニツケル電極を用いたニ
ツケル−カドミウム電池の400ｍＡ放電時の特性
を比較した図、第３図は3A放電時の特性を比較
した図である。 １……発泡樹脂板、２……空間、３……ニツケ
ル線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属線３あるいは金属帯を固着した発泡状樹
   脂板１に金属メツキを施し、加熱により前記樹脂
   を分解除去した後、前記メツキ金属を加熱焼鈍す
   ることを特徴とする電池用電極活物質保持体の製
   造方法。