JP2000133256A - 圧搾成形による電池用電極の製造方法とその電極 - Google Patents

圧搾成形による電池用電極の製造方法とその電極

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JP2000133256A
JP2000133256A JP10305747A JP30574798A JP2000133256A JP 2000133256 A JP2000133256 A JP 2000133256A JP 10305747 A JP10305747 A JP 10305747A JP 30574798 A JP30574798 A JP 30574798A JP 2000133256 A JP2000133256 A JP 2000133256A
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JP
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electrode
slurry
binder
battery
active material
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JP10305747A
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Yoshihisa Ohashi
善久 大橋
Nobuyuki Matsuda
信幸 松田
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな充填密度と大きな放電容量をもつ電極
を開発する。 【解決手段】 電極を構成する活物質の粉末と水とを含
むスラリーを調製するスラリー調製工程、得られたスラ
リーを濾材を介して加圧し、水分を圧搾除去する圧搾成
形工程、および水分が圧搾除去された電極を回収する電
極回収工程を含む。電池用電解液でスラリーを構成して
もよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧搾成形による電
池用電極の製造方法とそれにより得られた電極、特にス
ラリーを圧搾成形することで連通気孔を多数備えた電池
用電極とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】今日、ニッケル−水素二次電池などの二
次電池は、その用途拡大に伴って、電池の高容量化ニー
ズが高まってきている。例えば、長時間の使用を可能と
するためにも高容量化が求められている。
【0003】現在のところそのような高容量化の要請に
対しては、活物質の化学組成の改良が各種提案されてい
るが、その他に、電極物質の充填率を向上させ、体積当
たりの容量を向上させる方法の開発が盛んに行われてい
る。
【0004】電極物質の充填率の向上を図る方法として
は、次のような提案がある。特開平3−77270 号公報の
開示する「大径のロールを用いて高密度化する方法」に
あっては、電極物質の水素吸蔵合金の粉末を含むスラリ
ーを塗布した集電体を直径3cm以上の大径ロールを用い
て加圧して、電極物質の高密度化を図ることで、その高
充填率を向上させている。
【0005】特開平7−57771 号公報の開示する「加圧
による電極の厚さの減少量を規定する方法」にあって
は、材料に逃げが生じないような状態でプレス圧下して
電極物質の高充填率化を図っている。
【0006】しかしながら、従来の方法はいずれも、単
に加圧力等を調整して充填率を向上させるもので、充填
率を向上させることにより活物質の粉末間の間隙が小さ
くなり電極として用いた場合、活物質の粉末間への電解
液の浸透が不充分となり、充填率の向上に見合った電極
容量の向上は得られないというのが実態であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
なかなか達成されなかった程に大きな充填密度とそれに
見合う容量をもつ電極とその製造方法を提案することで
ある。
【0008】さらに具体的には、本発明の課題は、従来
の電池には見られなかったほどの大きな容量をもつ電池
の開発を可能とする電極とその製造方法を提案すること
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】ところで、従来、電極を
作製する場合、電極用の活物質とバインダとを用いてス
ラリーを作製し、スラリーを担体に塗布し、乾燥してか
ら加圧して電極としているが、これは、乾燥により生じ
た素材の気孔を加圧によりつぶして密度を上げるという
技術思想であり、余分なバインダ分の除去という技術思
想はなかった。つまり、従来の方法では、スラリーの塗
布に適した粘性を得るために不可避的に余分なバインダ
分が配合されており、その余分のバインダが成形された
電極に残留するので充填率が上がりにくいという問題が
あった。
【0010】従来における充填率を上げるための具体的
な方法は、例えば加圧力を上げるとか、ワークと加圧工
具との接触面積を増加させて活物質の粉末が加圧時に長
さ方向や幅方向に逃げることを防止するとかの方法であ
った。
【0011】しかし、充填率が大きくなるにつれて、活
物質の粉末間の間隙が小さくなり、電極内部までの電解
液が浸透することが困難となり、単に充填率を大きくす
るというだけでは電極の容量を向上させることは困難で
あった。
【0012】そこで、本発明者らは、種々検討を重ねた
結果、電極用の活物質をスラリー化し、濾材を介してそ
のスラリーに圧力をかけ、液分を圧搾除去する加圧濾過
法による圧搾成形を行うことで、液分の除去経路が気孔
として残り、連通気孔が多数形成されることから、かか
る湿式成形法が電極製造に効果的であることを見出し、
本発明を完成した。
【0013】また、水に電池の電解質を混入させてスラ
リーを作製するか、または水を電解質に替えてスラリー
を調製するかし、このスラリーに対して上述の加圧濾過
を行うことで、圧搾成形後に回収された電極に電解質を
含浸させることができ、これにより電池のさらなる高容
量化を実現できることを知った。
【0014】ここに、本発明は、次の通りである。 (1) 電極を構成する活物質の粉末と水およびバインダと
を含むスラリーを調製するスラリー調製工程、得られた
スラリーを濾材を介して加圧し、水分およびバインダを
圧搾除去する圧搾成形工程、および水分およびバインダ
が圧搾除去された電極を回収する電極回収工程を含むこ
とを特徴とする電池用電極の製造方法。
【0015】(2) 前記スラリーが電池用電解液を含むこ
とを特徴とする上記(1) に記載の電池用電極の製造方
法。 (3) 電極を構成する活物質の粉末と水およびバインダと
から調製されたスラリーを圧搾成形して得た電池用電
極。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明にかかる電極は、電極用の
活物質の粉末を含むスラリーを担体とともにあるいは担
体を用いずに加圧成形することによって製造するが、そ
のときに操作は次の通りである。
【0017】スラリー調製工程:電極を構成する電極物
質の粉末、例えば水素吸蔵合金の粉末と、水と、バイン
ダ、さらに必要に応じて適宜導電助剤などを混合機で均
一に混合することでスラリー化する。なお、バインダは
場合により、使用しなくてもよい。スラリー濃度は、後
工程で圧搾成形を行うことから、電極物質である活物質
濃度が余り大きいと塗布をしにくくなり、不均一な充填
により十分な成形ができず、一方余り小さいと成形時間
が長くなり、また圧搾に要する圧力が大きくなる傾向が
ある。本発明において特に制限はないが、通常、スラリ
ー中の活物質濃度は35〜55容量%程度が好ましい。
【0018】粉末の種類は、目的とする電極によって決
定され、またその粒径も同様である。例えば、水素−ニ
ッケル電池の陰極を構成する電極の場合、例えば200 メ
ッシュアンダーの粉末を用いればよい。
【0019】ここで用いるバインダは、特に限定しない
が、低粘性のバインダを用いることが好ましい。
【0020】バインダを用いる場合、スラリーが圧搾に
より除去し易いように低粘度型のスラリーであることが
好ましい。すなわち、スラリー粘度が300cps以下、さら
に好ましくは50cps 以下となるようなバインダを用いる
ことが好ましい。言い換えると、スラリー中の好適な活
物質の濃度とした時に上記の好適なスラリー粘度が得ら
れるような低粘性のバインダを用いることが好ましい。
【0021】そのような目的のためには、好適バインダ
は、MC (メチルセルローズ) 、CMC(カルボキシルメチル
セルローズ) およびPVA(ポリビニルアルコール) 等であ
る。
【0022】導電助剤としては、黒鉛粉、カーボンブラ
ック等を例示できるが、本発明にあっては、必要に応じ
て使用すればよく、その場合にあっても、特定のもので
限定されない。このようにして調製されたスラリーは、
必要により集電体としの適宜担体( パンチドメタルな
ど) に塗布し、または塗布せずに担体と共に型に注入し
て次の圧搾成形工程に送る。
【0023】圧搾成形工程:上述のように必要により担
体に塗布されたスラリーは、次いで、濾材を構成する多
孔質材に接触させて、反対側から押圧して、内部のスラ
リーを構成する水分とバインダとを強制的に排除し、同
時に成形する。言わば、湿式成形とも言うべき方法であ
り、水分およびバインダ排除とともに、活物質粒子層の
高密度化を実現するのである。
【0024】このときのスラリー内部の水およびバイン
ダは、外部に向かって強制的に押し出されるため、その
通路が内外と連結する連通気孔となって残る。なお、従
来におけるプレス圧下は、スラリーを乾燥させてから内
部の気孔を圧着させることで充填率を高めているため、
電極を構成したときに電解質の電極内部への侵入が困難
となることがある。
【0025】本発明における圧搾成形工程における、ス
ラリー層を加圧する手段は限定しないが、液圧、空圧お
よび機械プレスを用いることが好ましい。ロール成形と
比べ、プレス成形のほうが、電極と加圧工具面との接触
面積が大きく充填密度向上に有効である。
【0026】本発明の別の態様にあっては、スラリーの
加圧を行うとともに反対側から減圧吸引してもよい。ま
たさらに別の態様にあっては、最初、上記のような濾過
圧搾を行った後、平面方向の材料の流れを拘束した状態
で、内部の連通気孔をこわさない程度に上下の方向から
加圧することで、スラリー内の固体層のさらなる高密度
化を図ってもよい。
【0027】そして、このような濾過圧搾には、一定圧
力で濾過圧搾を行う方法と、一定速度で濾過圧搾を行う
方法と、さらには濾過の進行に伴って圧力および速度を
変更して濾過圧搾を行う方法とがあり、本発明において
特定の形態に制限されないが、好ましくは、初期に一定
の加圧を加えた後、その加圧荷重を軽減し、さらに最後
に先の初期の加圧を加えて終了する方法、または圧搾途
中でこれを繰り返す加圧方法を採用して、充填密度をさ
らに大きくするのがよい。
【0028】圧搾成形の程度は、目的とする充填率や気
孔率、さらには電極の種類によって異なるが、一般的な
目安は、水分およびバインダの合計量が圧搾成形体の15
〜40容積%となるまでとする。換言すれば、この水分お
よびバインダ合計量を実現できるように加圧量、加圧時
間を調節するのである。
【0029】本発明において用いる濾材には、天然もし
くは合成繊維または金属繊維を使用した不織布フェルト
や織布、濾紙、金網や粉末焼結による金属製フィルタ、
セラミック製フィルタ、合成樹脂製フィルタ等を用いる
ことが好ましい。
【0030】圧搾成形体の回収工程:上述のように所定
水分量となった時点で、圧搾成形を停止して、圧搾成形
体としての電極素材を回収する。このようにして回収さ
れた電極体としての圧搾成形体には、目的とする電極に
よってはさらに焼結工程を行って、焼結体から成る電極
としてもよいが、多くの場合、有機物のバインダを含ん
でおり、特に電池用電解液を用いてスラリー化を行って
いる場合には、電解液が電極構造内に保持されているこ
とが必要となることから、焼結は施さない。
【0031】本発明の電極を用いる電池は限定しない。
1次電池、2次電池、電解質に水溶液を用いた電池、非
水溶媒電池等何れにも適用できる。
【0032】
【実施例】(実施例1)本例では、電極用活物質として、
組成Mm1.0Ni3.62Co0.60Mn0.49Al0.29(添字は原子比) の
水素吸蔵合金を用いた。
【0033】粒度106 μm以下の上記水素吸蔵合金粉末
に、低粘度型のCMC を0.4 重量%、SBR(スチレンブタジ
エンラバー) を2重量%、黒鉛粉末を0.5 重量%、水を
7重量%添加して混合攪拌してスラリーとした。
【0034】得られたスラリーを、担体としての孔径2
mm、厚さ0.08mmのパンチングメタルに塗布したものを50
mm×300mm ×10mm深さの金型に充填し、上部にフェルト
系の濾材を置いて、上下方向に1T/cm2 の加圧力で圧搾
したものを乾燥して水素吸蔵合金粉末の負極電極を得
た。
【0035】電極の充填密度は周知のアルキメデス法で
求めた。また、スラリーを担体に塗布して電極を作製す
る場合は予め測定しておいた担体の重量と容積をそれぞ
れ電極の重量および容積から差し引いて計算して求め
た。
【0036】このようにして得た電極から次のようにし
て電池を構成し、その電池の放電容量を測定した。
【0037】(電池の作製)得られた水素吸蔵合金製電極
を、ポリアミド不織布のセパレータで包み込み、その両
側を負極より充分大きな容量をもつ公知の焼結式水酸化
Ni極で挟み込んだ。こうして作製した極板を、電池容器
に挿入し、6NのKOH 溶液を注入して、負極容量規制型の
Ni−水素電池を作製した。
【0038】(電極の評価) 電極容量:25℃の一定の温度において、50mA/gの電気容
量で9時間充電した後、30分休止し、その後50mA/gの放
電を行う、充電・放電サイクルを50回繰り返し、得られ
た最大の容量を合金の電極容量とした。結果は表1にま
とめて示す。
【0039】(比較例1)実施例1における低粘度型CMC
を0.4 重量%を添加する代わりに高粘度型CMCを0.4 重
量%添加した以外は実施例1と同様の方法でスラリーを
作製し、実施例で用いたものと同様のパンチングメタル
に上記スラリーを塗布して乾燥後、0.7mm厚の負極電極
素材を得た。
【0040】このようにして得た電極素材を直径450 mm
のロールを備えた圧延機で、面圧約1T/cm2 の加圧力を
用いて圧延して負極電極材を得た。この負極電極材につ
いても実施例1と同様にして充填率を測定するととも
に、電極を構成してその電池容量を測定した。結果は表
1に示す。
【0041】(比較例2)比較例1と同じ負極素材を2T
/cm2 の加圧力でプレス成形した負極電極材も作製し、
これについても同様に充填率および電池容量を測定し
た。結果は表1に示す。
【0042】(実施例2)実施例1の水の替わりに6NのKO
H 水溶液を0.7 重量%加えてスラリーを作製した以外は
実施例1と同様の方法で負極電極材を作製した。この場
合にも得られた負極電極材の充填密度および放電容量を
実施例1と同様にして測定した。結果は表1に示す。
【0043】
【表1】
【0044】本発明の実施例1、2の値と比較例2の充
填密度の値は同一であるが、放電容量の値は実施例1、
2のものがすぐれた結果を示している。これは、本発明
の方法で作製した電極材は圧搾脱水時に、電極材中に電
解液の浸透経路が形成され、電解液が浸透し易くなった
ためと考えられる。
【0045】また、スラリー作製時に電解液を添加した
実施例2ではさらに電解液を最初から内在するためより
高い放電容量を示している。例えば、比較例2と実施例
2とを比較すると、電池の放電容量は3.2 %増大してい
る。
【0046】電池の容量を向上させるための開発は、通
常、活物質の化学組成、表面処理、熱処理等の活物質材
料の改善と電極の製造方法の改善とを併行して行うた
め、用いる活物質材料の種類、性状を問わない本発明の
ような電極の製造方法で3〜4%の容量向上を得ること
ができることは、特筆すべき効果というべく、本発明の
効果の大きいことが分かる。
【0047】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、従来方法と比較して電極材料の充填率を向上させる
ことができ、たとえ充填率が同一の場合であっても、放
電容量においては一層の改善が見られる。
【0048】特に現在のように放電容量の改善が強く求
められている技術状況からは本発明の実用上に意義は大
きい。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 4/62 H01M 4/62 Z Fターム(参考) 5H003 AA02 BA02 BA03 BA05 BB01 BB11 BC01 5H014 AA02 BB00 BB03 BB05 EE01 5H016 AA03 BB03 BB05 BB06

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極を構成する活物質の粉末と水および
    バインダとを含むスラリーを調製するスラリー調製工
    程、得られたスラリーを濾材を介して加圧し、水分およ
    びバインダを圧搾除去する圧搾成形工程、および水分お
    よびバインダが圧搾除去された電極を回収する電極回収
    工程を含むことを特徴とする電池用電極の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記スラリーが電池用電解液を含むこと
    を特徴とする請求項1に記載の電池用電極の製造方法。
  3. 【請求項3】 電極を構成する活物質の粉末と水および
    バインダとから調製されたスラリーを圧搾成形して得た
    電池用電極。
JP10305747A 1998-10-27 1998-10-27 圧搾成形による電池用電極の製造方法とその電極 Withdrawn JP2000133256A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016189325A (ja) * 2015-03-27 2016-11-04 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池用電極、リチウムイオン電池及びリチウムイオン電池用電極の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016189325A (ja) * 2015-03-27 2016-11-04 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池用電極、リチウムイオン電池及びリチウムイオン電池用電極の製造方法

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